ไอน้ำอิ่มตัวและแผนผังเฟสของไอน้ำ

ไอน้ำอิ่มตัว

เมื่อไอน้ำที่เกิดขึ้นในหม้อไอน้ำถูกผ่านผิวการถ่ายเทความร้อนเพิ่มเติม อุณหภูมิของมันจะเริ่มสูงขึ้นเหนือจุดเดือดหรือจุดอิ่มตัว ไอน้ำจะถูกเรียกว่าไอน้ำอิ่มตัว หากอุณหภูมิของมันสูงกว่าอุณหภูมิอิ่มตัว ระดับของความร้อนเกินจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับอุณหภูมิของไอน้ำที่ถูกทำให้ร้อนขึ้นเหนือจุดอิ่มตัว

ความร้อนเกินสามารถให้ได้เฉพาะกับไอน้ำอิ่มตัวเท่านั้น และไม่สามารถให้กับไอน้ำที่มีความชื้นอยู่ สำหรับการทำให้ไอน้ำอิ่มตัว สภาพไอน้ำต้องผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอีกครั้ง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนี้สำหรับการอิ่มตัวเรียกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนรองภายในหม้อไอน้ำ แก๊สร้อนที่ออกมาจากหม้อไอน้ำถือเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการทำความร้อนให้กับไอน้ำอิ่มตัว

ไอน้ำอิ่มตัว มีการใช้งานในโรงไฟฟ้าไอน้ำเพื่อการผลิตพลังงานไฟฟ้า ในกังหันไอน้ำ ไอน้ำอิ่มตัวเข้าทางหนึ่งและออกทางอื่น ๆ ไปยังคอนเดนเซอร์ (อาจเป็นแบบน้ำเย็นหรืออากาศเย็น) การแตกต่างของพลังงาน ไอน้ำอิ่มตัว ระหว่างทางเข้าและทางออกของกังหันทำให้โรเตอร์ของกังหันหมุน มีการลดลงค่อยๆ ของพลังงานไอน้ำขณะที่ผ่านโรเตอร์ของกังหัน

ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความร้อนเกินเพียงพอที่ทางเข้าของกังหัน เพื่อป้องกันการควบแน่นของไอน้ำที่มีความชื้นในส่วนหลังของโรเตอร์

โดยพื้นฐานแล้วโรเตอร์ของกังหันไอน้ำมีหลายสเตจ และไอน้ำต้องผ่านแต่ละสเตจก่อนถึงคอนเดนเซอร์ ดังนั้นหากไม่มีความร้อนเกินเพียงพอในไอน้ำที่ทางเข้าของกังหัน ไอน้ำอาจกลายเป็นไอน้ำอิ่มตัวเมื่อถึงสเตจหลังของโรเตอร์และกลายเป็นไอน้ำที่ชื้นมากขึ้นเมื่อผ่านแต่ละสเตจต่อเนื่องกัน

ไอน้ำที่มีความชื้นที่ปลายโรเตอร์เป็นอันตรายมากเพราะอาจทำให้เกิด Hammer น้ำ และการกัดกร่อนรุนแรงที่ใบพัดกังหันสเตจสุดท้าย เพื่อแก้ไขปัญหานี้ควรออกแบบพารามิเตอร์ไอน้ำที่ทางเข้าของกังหันไอน้ำให้ ไอน้ำอิ่มตัว สามารถเข้าทางเข้าของกังหัน และทางออกของกังหันถูกออกแบบให้สอดคล้องกับพารามิเตอร์ไอน้ำที่ใกล้เคียงกับสภาพอิ่มตัว

หนึ่งในเหตุผลหลักของการใช้ไอน้ำอิ่มตัวในกังหันไอน้ำคือการปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนของวงจรอย่างมาก

ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนสามารถหาได้โดยใช้วิธี:

ประสิทธิภาพวงจร Carnot: อัตราส่วนความต่างของอุณหภูมิระหว่างทางเข้าและทางออกกับอุณหภูมิทางเข้า

ประสิทธิภาพวงจร Rankine: อัตราส่วนของพลังงานความร้อนที่ทางเข้าและทางออกของกังหันกับพลังงานความร้อนรวมที่ได้จากไอน้ำ
2. ตัวอย่างการคำนวณประสิทธิภาพวงจร Carnot และ Rankine
อธิบายโดยตัวอย่าง:
กังหันได้รับ ไอน้ำอิ่มตัว ที่ 96 บาร์ ที่ 490oC ทางออกที่ 0.09 บาร์ และมีความชื้น 12%
อุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวคือ: 43.7oC
กำหนดและเปรียบเทียบประสิทธิภาพวงจร Carnot และ วงจร Rankine
ขั้นตอนในการกำหนดประสิทธิภาพวงจร Carnot:

ขั้นตอนในการกำหนดประสิทธิภาพวงจร Rankine:
ที่,

ความร้อนที่รู้สึกในคอนเดนเซทที่สอดคล้องกับความดันทางออก 0.09 บาร์ ใน KJ/Kg = 183.3
3.
แผนภูมิเฟสของไอน้ำ เป็นการแสดงข้อมูลที่ให้มาในตารางไอน้ำ แผนภูมิเฟสของไอน้ำแสดงความสัมพันธ์ระหว่างเอนทาลปีและอุณหภูมิที่ความดันต่าง ๆ เอนทาลปีของของเหลว hf ซึ่งแสดงโดยเส้น A-B บนแผนภูมิเฟส เมื่อน้ำเริ่มรับความร้อนจาก 0o C น้ำจะรับเอนทาลปีทั้งหมดตามเส้นน้ำอิ่มตัว A-B บนแผนภูมิเฟส

เอนทาลปีของไอน้ำอิ่มตัว (hfg): การเพิ่มความร้อนเพิ่มเติมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสเป็นไอน้ำอิ่มตัว และแสดงโดย (hfg) บนแผนภูมิเฟส i.e B-C.

สัดส่วนแห้ง (x): เมื่อมีการให้ความร้อน ของเหลวจะเริ่มเปลี่ยนเฟสจากของเหลวเป็นไอ และสัดส่วนแห้งของส่วนผสมจะเริ่มเพิ่มขึ้น คือเคลื่อนที่ไปยังหน่วย ในแผนภูมิเฟส สัดส่วนแห้งของส่วนผสมคือ 0.5 ที่กลางของเส้น BC เช่นเดียวกับที่จุด c บนแผนภูมิเฟส สัดส่วนแห้งมีค่า 1

เส้น C-D จุด c อยู่บนเส้นไอน้ำอิ่มตัว การเพิ่มความร้อนเพิ่มเติมทำให้อุณหภูมิของไอน้ำเพิ่มขึ้น คือเริ่มการทำไอน้ำอิ่มตัว โดยเส้น C-D
โซนของเหลว → บริเวณทางซ้ายของเส้นน้ำอิ่มตัว
โซนความร้อนเกิน → บริเวณทางขวาของเส้นไอน้ำอิ่มตัว
โซนสองเฟส → พื้นที่ระหว่างเส้นน้ำอิ่มตัวและเส้นไอน้ำอิ่มตัว เป็นส่วนผสมของของเหลวและไอ ส่วนผสมที่มีสัดส่วนแห้งต่าง ๆ
จุดวิกฤต → เป็นจุดยอดที่เส้นน้ำอิ่มตัวและเส้นไอน้ำอิ่มตัวพบกัน เอนทาลปีของการระเหิดลดลงเป็นศูนย์ที่จุดวิกฤต หมายความว่าน้ำเปลี่ยนเป็นไอน้ำทันทีที่จุดวิกฤตและหลังจากนั้น
อุณหภูมิสูงสุดที่ของเหลวสามารถมีหรือดำรงอยู่เท่ากับจุดวิกฤต
พารามิเตอร์ของจุดวิกฤต → อุณหภูมิ 374.15oC
ความดัน → 221.2 บาร์

ค่าที่สูงกว่านี้เป็นค่าที่เหนือวิกฤตและมีประโยชน์ในการเพิ่มประสิทธิภาพของวงจร Rankine

คำแถลง: ให้ความเคารพต่อต้นฉบับ บทความที่ดีควรแบ่งปัน หากมีการละเมิดสิทธิ์โปรดติดต่อลบ