Överhettad ång och ångfasdiagram

Överhettad ånga

När mättad ånga som genereras i en ångpanna vidarebefordras genom värmeöverföringssurfaces börjar dess temperatur öka över avdunstning eller mättnad.
Ånga beskrivs som överhettad om dess temperatur är högre än dess mättnadstemperatur. Graden av överhet är direkt relaterad till temperaturen på den ånga som är hettad över mättnadstemperaturen.

Överhet kan endast ges till mättad ånga och inte till ånga med närvaro av fuktinnehåll. För att uppnå överhet måste mättad ånga passera genom en annan växelvärme. Denna växelvärme för överhettning kallas en sekundär växelvärme inom pannan. Het rokgas som kommer från pannan anses vara det bästa sättet att heta upp mättad ånga.

Överhettad ånga används i ångkraftverk för att generera elektrisk energi. I ångturbiner går överhettad ånga in på ena sidan och ut på den andra sidan till kondensatorn (som kan vara av vatten- eller luftkyld typ). Skillnaden i överhettad ångas energi mellan turbinens ingång och utgång orsakar att turbinrotorn rör sig. Det finns en gradvis minskning av ångans energi när den passerar genom turbinrotorn.

Det är därför nödvändigt att ha tillräcklig överhet vid turbinens ingång, för att undvika kondensation av fuktig ånga i den senare delen av turbinrotorn.

Grundläggande har ångturbinrotor ett antal steg och ångan måste passera genom varje steg innan den når kondensatorn. Så om tillräcklig överhet inte ges i ångan vid turbinens ingång, kan ångan bli mättad när den når de senare stegen av rotor och sedan bli fuktigare när den passerar genom varje efterföljande steg.

Fuktig ånga i rotorns svansdel är mycket farlig eftersom den kan leda till Vattenhammareffekt och allvarlig erosion i turbinbladens sista steg. För att övervinna detta problem är det lämpligt att designa ingångsparametrarna för ångturbinens ingång så att överhettad ånga tillåts att gå in vid turbinens ingång och turbinens avgång är designad för att matcha ångparametrarna nära mättnadsförhållanden.

En av de stora anledningarna till att använda överhettad ånga i ångturbin är en märkbar förbättring av cykelns termiska effektivitet.

Värmemotorseffektivitet kan hittas genom att använda antingen:

Carnots cykel effektivitet: Förhållandet mellan temperatur skillnaden mellan ingång och utgång till ingångstemperaturen.

Rankines cykel effektivitet: Förhållandet mellan värmeenergin vid turbinens ingång och utgång till den totala värmeenergin tagen från ångan.
2. Exempel på beräkning av Carnots cykel och Rankines cykel effektivitet.
Förklarat genom exempel:
En turbin levereras med överhettad ånga vid 96 bar vid 490oC. Utsignalen är vid 0.09 bar och 12 % fuktighet.
Temperaturen för mättad ånga är : 43.7oC
Beräkna och jämför Carnots cykel och Rankines cykel.
Förfarande för att bestämma Carnots cykel effektivitet :

Förfarande för att bestämma Rankines cykel effektivitet :
Där,

Sensibel värme i kondensat motsvarande avgångstrycket 0.09 bar i KJ/Kg = 183.3
3.
Ång-fasdiagram är en grafisk representation av data som finns i ångtabellen. Ång-fasdiagram ger förhållandet mellan entalpi, temperatur motsvarande olika tryck. Vätskeentalpi hf. Detta representeras av linjen A-B i fasdiagrammet. När vattnet börjar ta emot värme från 0o C, tar det emot all sin vätskeentalpi längs den mättade vattenlinjen A-B i fasdiagrammet.

Entalpi för mättad ånga (hfg): Ytterligare värmetillförsel resulterar i fasändring till mättad ånga och representeras av (hfg) i fasdiagrammet, dvs B-C.

Torkningsgrad (x): När värme appliceras börjar vätskan ändra sin fas från vätska till gas och torkningsgraden av blandningen börjar öka, dvs röra sig mot enheten. I fasdiagrammet är torkningsgraden av blandningen 0.5 exakt mitt på linjen BC. På samma sätt är torkningsgraden vid punkt c i fasdiagrammet 1.

Linje C-D Punkt c ligger på den mättade ånglinjen, ytterligare värmetillförsel resulterar i ökning av ångtemperaturen, dvs början av ångsuperhettning representeras av linje C-D.
Vätskezon → Region till vänster om den mättade vätskelinjen
Superhett zon → Region till höger om den mättade ånglinjen
Tvåfaszon → Område mellan den mättade vätskalinjen och den mättade ånglinjen är en blandning av vätska och gas. Blandning med olika torkningsgrader.
Kritisk punkt → Det är topppunkten där den mättade vätskelinjen och den mättade ånglinjen möts. Entalpi av avdunstning minskar till noll vid kritisk punkt, vilket betyder att vatten omedelbart ändrar till ånga vid kritisk punkt och därefter.
Högsta temperatur som vätska kan nå eller existera är ekvivalent med kritisk punkt.
Kritiska punktparametrar → Temperatur 374.15oC
Tryck → 221.2 bar

Värden över detta är superkritiska värden och är användbara för att öka effektiviteten i Rankines cykel.

Utmärkelse: Respektera det ursprungliga, bra artiklar är värt att dela, om det finns upphovsrättsskydd kontakta för att ta bort.