Перегретый пар и диаграмма состояния пара

Перегретый пар

Когда насыщенный пар, образованный в паровом котле, проходит через поверхности теплообмена, его температура начинает увеличиваться выше точки испарения или насыщения.
Пар называется перегретым, если его температура превышает температуру насыщения. Степень перегрева напрямую связана с температурой пара, нагретого выше температуры насыщения.

Перегрев можно обеспечить только насыщенному пару, а не пару с наличием влаги. Для достижения перегрева насыщенный пар должен пройти через дополнительный теплообменник. Этот теплообменник для перегрева называется вторичным теплообменником внутри котла. Горячие дымовые газы, выходящие из котла, считаются лучшим способом нагрева насыщенного пара.

Перегретый пар применяется в паровых электростанциях для выработки электрической энергии. В паровых турбинах перегретый пар поступает на одном конце и выходит на другом конце в конденсатор (может быть водяного или воздушного охлаждения). Разница в энергии перегретого пара между входом и выходом турбины вызывает вращение ротора турбины. При прохождении через ротор турбины происходит постепенное уменьшение энергии пара.

Поэтому важно иметь достаточный перегрев на входе в турбину, чтобы избежать конденсации влажного пара в дальнейшей части ротора турбины.

Ротор паровой турбины имеет несколько ступеней, и пар должен пройти через каждую ступень перед тем, как попасть в конденсатор. Если на входе в турбину не будет предоставлено достаточно перегрева, то пар может стать насыщенным, достигнув последующих ступеней ротора, и впоследствии станет более влажным, проходя через каждую последующую ступень.

Влажный пар на хвостовой части ротора очень опасен, так как он может привести к удару воды и серьезному эрозированию лопастей турбины на последних ступенях. Чтобы преодолеть эту проблему, рекомендуется проектировать параметры входного пара в паровую турбину таким образом, чтобы перегретый пар мог входить в турбину, а параметры выходного пара были близки к насыщенным условиям.

Одной из основных причин использования перегретого пара в паровой турбине является значительное улучшение термической эффективности цикла.

Эффективность теплового двигателя можно определить, используя либо:

Эффективность цикла Карно: Отношение разности температур между входом и выходом к температуре входа.

Эффективность цикла Ренкина: Отношение тепловой энергии на входе и выходе турбины к общей тепловой энергии, взятой от пара.
2. Пример расчета эффективности цикла Карно и цикла Ренкина.
Объяснено на примере:
Турбина снабжается перегретым паром при давлении 96 бар и температуре 490oC. Выходные параметры — 0.09 бар и 12% влажности.
Температура насыщенного пара составляет: 43.7oC
Определите и сравните эффективность цикла Карно и цикла Ренкина.
Процедура определения эффективности цикла Карно :

Процедура определения эффективности цикла Ренкина :
Где,

Чувствительное тепло в конденсате, соответствующее давлению исходящих газов 0.09 бар, в КДж/кг = 183.3
3.
Фазовая диаграмма пара — это графическое представление данных, представленных в таблице пара. Фазовая диаграмма пара показывает соотношение между энтальпией и температурой при различных давлениях. Энтальпия жидкости hf. Это представлено линией A-B на фазовой диаграмме. Когда вода начинает получать тепло от 0oC, она получает всю свою энтальпию жидкости вдоль линии насыщенной воды A-B на фазовой диаграмме.

Энтальпия насыщенного пара (hfg): Любое дальнейшее добавление тепла приводит к изменению фазы до насыщенного пара и представлено (hfg) на фазовой диаграмме, то есть B-C.

Степень сухости (x): Когда подается тепло, жидкость начинает менять свою фазу от жидкости к пару, и степень сухости смеси начинает увеличиваться, то есть движется к единице. На фазовой диаграмме степень сухости смеси равна 0.5 точно посередине линии BC. Аналогично, на точке C на фазовой диаграмме степень сухости равна 1.

Линия C-D Точка C находится на линии насыщенного пара, любое дальнейшее добавление тепла приводит к увеличению температуры пара, то есть началу перегрева пара, представленному линией C-D.
Жидкая зона → Область слева от линии насыщенной жидкости
Зона перегрева → Область справа от линии насыщенного пара
Двухфазная зона → Область между линиями насыщенной жидкости и насыщенного пара, представляющая собой смесь жидкости и пара с различными степенями сухости.
Критическая точка → Это вершина, где линии насыщенной жидкости и насыщенного пара встречаются. Энтальпия испарения уменьшается до нуля в критической точке, что означает, что вода напрямую переходит в пар в критической точке и далее.
Максимальная температура, которую жидкость может достичь или существовать, эквивалентна критической точке.
Параметры критической точки → Температура 374.15oC
Давление → 221.2 бар

Значения выше этого являются сверхкритическими и полезны для повышения эффективности цикла Ренкина.

Заявление: Уважайте оригинал, хорошие статьи стоят того, чтобы ими делиться, если имеется нарушение авторских прав, пожалуйста, свяжитесь для удаления.