Hơi nước siêu nóng và Biểu đồ Pha của Hơi nước

Hơi Nước Siêu Nhiệt

Khi hơi nước bão hòa được tạo ra trong nồi hơi được đưa qua các bề mặt truyền nhiệt, thì nhiệt độ của nó sẽ bắt đầu tăng lên trên nhiệt độ bốc hơi hoặc bão hòa.
Hơi nước được mô tả là siêu nhiệt nếu nhiệt độ của nó cao hơn nhiệt độ bão hòa. Độ siêu nhiệt trực tiếp liên quan đến nhiệt độ của hơi nước được làm nóng lên trên nhiệt độ bão hòa.

Chỉ có thể cung cấp siêu nhiệt cho hơi nước bão hòa và không phải cho hơi nước có chứa độ ẩm. Để đạt được siêu nhiệt, hơi nước bão hòa phải đi qua một bộ trao đổi nhiệt khác. Bộ trao đổi nhiệt này để siêu nhiệt được gọi là bộ trao đổi nhiệt thứ cấp trong nồi hơi. Khí thải nóng từ nồi hơi được coi là cách tốt nhất để làm nóng hơi nước bão hòa.

Hơi nước siêu nhiệt được sử dụng trong các nhà máy điện điện để tạo ra điện năng. Trong tuabin hơi nước, hơi nước siêu nhiệt vào một đầu và thoát ra đầu kia vào bộ ngưng tụ (có thể là loại làm mát bằng nước hoặc không khí). Hiệu số năng lượng hơi nước siêu nhiệt giữa đầu vào và đầu ra của tuabin khiến rotor tuabin quay. Có sự giảm dần năng lượng hơi nước khi nó đi qua rotor tuabin.

Do đó, rất cần thiết phải có đủ siêu nhiệt ở đầu vào tuabin, để tránh sự ngưng tụ hơi nước ướt ở phần sau của rotor tuabin.

Cơ bản, rotor tuabin có nhiều giai đoạn và hơi nước phải đi qua từng giai đoạn trước khi đến bộ ngưng tụ. Do đó, nếu không cung cấp đủ siêu nhiệt cho hơi nước ở đầu vào tuabin, thì hơi nước có thể trở nên bão hòa khi đến các giai đoạn sau của rotor và sau đó trở nên ướt hơn khi đi qua từng giai đoạn tiếp theo.

Hơi nước ướt ở cuối rotor rất nguy hiểm vì có thể gây ra Hiện tượng Đập Nước và sự mài mòn nghiêm trọng ở các giai đoạn cuối của cánh tuabin. Để khắc phục vấn đề này, nên thiết kế các thông số hơi nước vào tuabin sao cho hơi nước siêu nhiệt được phép vào đầu vào tuabin và đầu ra tuabin được thiết kế để phù hợp với các thông số hơi nước gần trạng thái bão hòa.

Một trong những lý do chính để sử dụng hơi nước siêu nhiệt trong tuabin hơi nước là cải thiện đáng kể hiệu suất nhiệt của chu trình.

Hiệu suất động cơ nhiệt có thể tìm thấy bằng cách sử dụng:

Hiệu suất chu trình Carnot: Tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra so với nhiệt độ đầu vào.

Hiệu suất chu trình Rankine: Tỷ lệ năng lượng nhiệt tại đầu vào và đầu ra của tuabin so với tổng năng lượng nhiệt lấy từ hơi nước.
2. Ví dụ về việc tính toán hiệu suất chu trình Carnot và chu trình Rankine.
Giải thích bằng ví dụ:
Một tuabin được cung cấp hơi nước siêu nhiệt ở 96 bar ở 490oC. Đầu ra ở 0.09 bar và ở 12% độ ẩm.
Nhiệt độ của hơi nước bão hòa là: 43.7oC
Xác định và So sánh hiệu suất chu trình Carnot và chu trình Rankine.
Quy trình xác định hiệu suất chu trình Carnot :

Quy trình xác định hiệu suất chu trình Rankine :
Trong đó,

Nhiệt cảm giác trong nước ngưng tụ tương ứng với áp suất xả 0.09 bar trong KJ/Kg = 183.3
3.
Đồ thị pha hơi nước là biểu đồ hình học của dữ liệu được cung cấp trong bảng hơi nước. Đồ thị pha hơi nước cung cấp mối quan hệ giữa enthalpy, nhiệt độ tương ứng với các áp suất khác nhau. Enthalpy lỏng hf. Điều này được đại diện bởi đường A-B trên đồ thị pha. Khi nước bắt đầu nhận nhiệt từ 0oC, thì nó nhận tất cả enthalpy lỏng dọc theo đường nước bão hòa A-B trên đồ thị pha.

Enthalpy của Hơi nước Bão hòa (hfg): Việc thêm nhiệt tiếp theo dẫn đến sự thay đổi pha thành hơi nước bão hòa và được đại diện bởi (hfg) trên đồ thị pha tức là B-C.

Phân số khô (x): Khi nhiệt được áp dụng, chất lỏng bắt đầu thay đổi pha từ lỏng sang hơi và sau đó phân số khô của hỗn hợp bắt đầu tăng, tức là di chuyển về phía đơn vị. Trên đồ thị pha, phân số khô của hỗn hợp là 0.5 ở chính giữa đường BC. Tương tự, tại điểm c trên đồ thị pha, giá trị phân số khô là 1.

Đường C-D Điểm c nằm trên đường hơi bão hòa, việc thêm nhiệt tiếp theo dẫn đến tăng nhiệt độ hơi, tức là bắt đầu quá trình siêu nhiệt hơi được đại diện bởi đường C-D.
Vùng Lỏng → Khu vực bên trái đường nước bão hòa
Vùng Siêu nhiệt → Khu vực bên phải đường hơi bão hòa
Vùng Hai pha → Khu vực giữa đường nước bão hòa và đường hơi bão hòa là hỗn hợp chất lỏng và hơi. Hỗn hợp với các phân số khô khác nhau.
Điểm tới hạn → Đây là điểm đỉnh nơi đường nước bão hòa và đường hơi bão hòa gặp nhau. Enthalpy bay hơi giảm xuống không tại điểm tới hạn, nghĩa là nước chuyển trực tiếp thành hơi tại điểm tới hạn và sau đó.
Nhiệt độ tối đa mà chất lỏng có thể đạt được hoặc tồn tại tương đương với điểm tới hạn.
Thông số điểm tới hạn → Nhiệt độ 374.15oC
Áp suất → 221.2 bar

Các giá trị trên đây là giá trị siêu tới hạn và hữu ích trong việc tăng hiệu suất chu trình Rankine.

Tuyên bố: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.