Перегріта паровина та діаграма фаз пари

Перегріта пар

Коли нащаджена пар, що утворюється в паровому котлі, подається через поверхні теплообміну, її температура починає зростати вище точки нащадження або насичення. Пар називається перегрітою, якщо її температура більша за температуру нащадження. Ступінь перегріву прямо пов'язаний з температурою пари, підігрітої вище температури нащадження.

Перегрів можна надати лише нащадженій парі, а не парі з вологістю. Для досягнення перегріву нащаджена пар має пройти через інший теплообмінник. Цей теплообмінник для перегріву називається вторинним теплообмінником всередині котла. Горячий дим, що виходить з котла, вважається найкращим способом нагріву нащадженої пари.

Перегріта пар знаходить застосування в парових електростанціях для генерації електроенергії. У парових турбінах перегріта пар вводиться з одного кінця і виходить з іншого кінця в конденсатор (водяний або повітряний тип). Різниця енергії перегрітої пар між входом і виходом турбіни призводить до обертання ротора турбіни. Є поступове зменшення енергії пари, коли вона проходить через ротор турбіни.

Тому важливо мати достатній ступінь перегріву на вході турбіни, щоб уникнути конденсації вологої пари на пізніших стадіях ротора турбіни.

Зазвичай ротор парової турбіни має кілька ступенів, і парі доводиться пройти через кожен ступінь перед тим, як вона досягне конденсатора. Якщо на вході турбіни не надано достатнього перегріву, то пар може стати нащадженою, досягаючи пізніших ступенів ротора, і поступово ставати вологішою, проходячи через кожен наступний ступінь.

Волога пар на кінцевій частині ротора дуже небезпечна, оскільки може призвести до Удару води та сильного ерозію на останніх ступенях лопаток турбіни. Щоб уникнути цієї проблеми, рекомендується проектувати параметри входної пари парової турбіни так, щоб перегріта пар могла входити на вході турбіни, а викид турбіни був спроектований так, щоб відповідати параметрам пари, близьким до насичених умов.

Однією з основних причин використання перегрітої парі в паровій турбіні є значне покращення термічної ефективності циклу.

Ефективність теплового двигуна можна знайти, використовуючи:

Ефективність циклу Карно: Відношення різниці температур між входом і виходом до температури входу.

Ефективність циклу Ренкіна: Відношення теплової енергії на вході і виході турбіни до загальної теплової енергії, взятої з пари.
2. Приклад розрахунку ефективності циклу Карно та циклу Ренкіна.
Пояснено на прикладі:
Турбіна забезпечується перегрітою парою під тиском 96 бар при 490oC. Викид відбувається при 0.09 бар і 12 % вологості.
Температура насиченої пари становить: 43.7oC
Визначте та порівняйте ефективність циклу Карно та циклу Ренкіна.
Процедура визначення ефективності циклу Карно :

Процедура визначення ефективності циклу Ренкіна :
Де,

Чутливість теплоти в конденсаті, відповідна тиску викиду 0.09 бар в КДж/кг = 183.3
3.
Діаграма фаз пари - це графічне представлення даних, наданих в таблиці пари. Діаграма фаз пари надає зв'язок між ентальпією, температурою, відповідно до різних тисків. Ентальпія рідини hf. Це представлено лінією A-B на діаграмі фаз. Коли вода починає отримувати тепло від 0o C, вона отримує всю свою ентальпію рідини вздовж лінії насиченої води A-B на діаграмі фаз.

Ентальпія насиченої пари (hfg): Будь-яке подальше додавання тепла призводить до зміни фази до насиченої пари, що представлена (hfg) на діаграмі фаз, тобто B-C.

Ступінь сухості (x): Коли застосовується тепло, рідина починає змінювати свою фазу з рідини до пари, і ступінь сухості суміші починає зростати, тобто наближається до одиниці. На діаграмі фаз ступінь сухості суміші становить 0.5 точно посередині лінії BC. Аналогічно, на точці c на діаграмі фаз ступінь сухості становить 1.

Лінія C-D Точка c знаходиться на лінії насиченої пари, будь-яке подальше додавання тепла призводить до збільшення температури пари, тобто початок перегріву пари, що представлений лінією C-D.
Рідина Зона → Регіон ліворуч від лінії насиченої рідини
Перегріта зона → Регіон праворуч від лінії насиченої пари
Двофазова зона → Площа між лініями насиченої рідини та насиченої пари, що є сумішшю рідини та пари. Суміш з різними ступенями сухості.
Критична точка → Це вершина, де лінії насиченої рідини та насиченої пари зустрічаються. Ентальпія випаровування зникає в критичній точці, що означає, що вода безпосередньо перетворюється на пару в критичній точці і після неї.
Максимальна температура, яку може досягти або існувати рідина, еквівалентна критичній точці.
Параметри критичної точки → Температура 374.15oC
Тиск → 221.2 бар

Значення вище цього є надкритичними значеннями і корисні для підвищення ефективності циклу Ренкіна.

Заява: Поважайте оригінал, добри статті варті поширення, якщо є порушення авторських прав, будь ласка, зверніться для видалення.