Изменение параметров сухого насыщенного пара

В фазовых диаграммах Р,v- и T,s cостояния сухого насыщенного пара определяются точками правой пограничной кривой К-Л на линии х=1 рис. 7.12 и 7.13.

Процесс 2-3 фазового перехода жидкости от состояния насыщения в сухой насыщенный пар является изобарно-изотермическим, т.е. здесь изобара совпадает с изотермой насыщения воды. Рассмотрим методику определения калорических параметров сухого насыщенного пара.

Теплота, затраченная на превращение 1 кг жидкости в состоянии насыщения (кипения) в сухой насыщенный пар при постоянном давлении (температуре), называется удельной теплотой парообразования и обозначается буквой r, она может быть определена экспериментально.

Все параметры сухого насыщенного пара отмечаются двумя штрихами (v», h», s» и т.д.). Исходя из первого закона термодинамики для процесса парообразования можно записать:

В процессе парообразования температура не изменяется, следовательно, разность внутренних энергий u» — u’ соответствует только изменению потенциальной ее составляющей или, как ее называют, работе дисгрегации (разъединения молекул), т.е. собственно работе перевода жидкости в пар. Она называется внутренней теплотой парообразования и обозначается буквой r :

Работа изменения объема при парообразовании называется внешней теплотой парообразования и обозначается буквой Y :

В диаграмме Р,v она представлена площадью под горизонталью 2-3 (рис.7.12). Использовав введенные обозначения, уравнение (7.9) можно представить в виде

При критическом давлении все члены равенства (7.12) равны нулю: r= r = j =0

В изобарном процессе 1-2-3 (рис.7.13) затрачивается теплота для нагрева жидкости от t=0 0 С до состояния сухого насыщенного пара, называющаяся полной теплотой сухого насыщенного пара:

Эта теплота и все ее слагаемые зависят от давления или от температуры насыщения. Зависимость этих величин от температуры насыщения представлена на рис. 7.14.

Теплоту парообразования можно выразить через разницу энтальпий (7.9). Следовательно, энтальпию сухого насыщенного пара можно определить как

Из рис. 7.14 видно, что l » имеет максимум. Поскольку Рv_o‘ несоизмеримо мала по сравнению с l «, то и h» имеет максимум. При этом важно отметить, что максимум энтальпии сухого насыщенного пара h» находится при температуре меньшей, чем у критической точки.

Внутренняя энергия сухого насыщенного пара определяется из соотношения

Изменение энтропии при изобарно-изотермическом процессе парообразования 2-3 может быть определено как

откуда получаем значение энтропии сухого насыщенного пара

Источник статьи: http://ispu.ru/files/u2/book2/TD1_19-06/ttd7-4.htm

Таблицы сухого насыщенного пара

Для нахождения параметров сухого пара t_s, v”, h” и прочих практически пользуются вместо приведенных в предыдущем разделе формул (в некоторых случаях приближенных) специальными таблицами, в которых приводятся готовые значения этих параметров, вычисленные на основании опытов и теоретических исследований.

Таких таблиц было предложено несколько. В настоящее время широкой известностью пользуются таблицы Теплофизических свойств воды и водяного пара, составленные С.Л. Ривкиным и А.А. Александровым или А.А. Александровым, Б.А. Григорьевым (рис. 6.1)

В издании А.А. Александрова и Б.А. Григорьева 2006 г. приведены девять таблиц (табл. I–IX). В табл. I (рис. 6.2) приведены термодинами-ческие свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по температурам). В первом столбце таблицы указаны температуры пара, расположенные в порядке возрастания от 0 до 374 о С; в остальных столбцах приведены соответствующие им значения параметров кипящей воды и сухого насыщенного пара. В табл. II (рис. 6.3) приведены термоди-намические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям). В первом столбце таблицы указаны абсолютные давления пара, расположенные также в порядке их возрастания, начиная от 1,00 ∙ 10 3 Па и до 2,21∙ 10 7 Па, а в остальных столбцах приведены соответствующие им значения параметров кипящей воды и сухого насыщенного пара.

В тех случаях, когда требуется найти значение какого-либо из приве-денных в таблицах параметров для промежуточных значений температур и давлений, прибегают к интерполированию. Из табл. I и II видно, что с увеличением температуры и, следовательно, давления удельный объем жидкости v’ увеличивается (весьма незначительно), а удельный объем сухого пара v” уменьшается. При критическом значении температуры
= 374,15 о С оба эти объема становятся одинаковыми. Если значения удельных объемов v’ и v”для различных давлений нанести в системе
vp – координат и провести через полученные таким путем точки кривые,
то получим диаграмму, подобную изображенной на рис. 5.3.

Рис. 6.1. Обложка таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара

Рис. 6.2. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения

Рис. 6.3. Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения

Интересное свойство водяных паров обнаруживается при рассмот-рении характера изменения величины энтальпии в зависимости от давления пара (колонка 6 в табл. II рис. 6.3).

Как видим, при давлении 1,00 ∙ 10 3 Па h”= 2513,7 кДж/кг. С увели-чением давления энтальпия увеличивается, достигая для давления 3,80 ∙ 10 6 Па максимального значения h”= 2801,8 кДж/кг, а затем постепенно умень-шается до 2087,5 кДж/кг при давлении 2,21 ∙ 10 7 Па. Таким образом, оказывается, что для получения сухого пара давлением, предположим, в 10 МПа, требуется подвести к нему меньше теплоты, чем для пара в 1 МПа (в первом случае h”= 2725 кДж/кг, а во втором h” = 2777 кДж/кг). В то же время пар давлением в 10 МПа способен совершать гораздо большую механическую работу, чем пар давлением в 1 МПа. Это свойство водяных паров является одной из причин, заставляющих стремиться к внедрению в промышленность и энергетику пара высокого давления.

Дата добавления: 2015-04-21 ; просмотров: 2459 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник статьи: http://helpiks.org/3-26544.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Состояние — сухой насыщенный пар

Состояние сухого насыщенного пара является переходным и неустойчивым в тепловом отношении. Всякий дополнительный подвод тепла к нему сопровождается повышением температуры. [1]

Состояние сухого насыщенного пара определяется его давлением или температурой. [2]

Состояние сухого насыщенного пара крайне неустойчиво, так как незначительный отвод теплоты от него при постоянном давлении связан с превращением сухого пара во влажный, а незначительный приток теплоты превращает его в перегретый пар. В связи с этим опытное определение удельного объема и сухого пара довольно сложно. [3]

Состояние сухого насыщенного пара изобразится точкой 2, лежащей левее точки 2, так как удельный объем сухого пара уменьшается с ростом давления. [4]

Состояние сухого насыщенного пара , так же как и состояние кипящей жидкости, определяется одним параметром. Поэтому, если задано давление р, то можно определить все остальные параметры сухого насыщенного пара. [5]

Состояние сухого насыщенного пара неустойчиво. Процесс от точки / может идти в направлении перегрева пара или, наоборот, в направлении его конденсации. [6]

Состояние сухого насыщенного пара неустойчиво. Процесс от точки 1 может идти в направлении перегрева пара или, наоборот, в направлении его конденсации. [7]

Параметры состояния сухого насыщенного пара вполне определяются его давлением или его температурой. [8]

Особенностью состояния сухого насыщенного пара является то, что любой из его трех параметров — р, v и t — своим значе-ние м определяет значение двух других. Например, какому-либо значению давления сухого насыщенного пара соответствует совершенно определенное значение температуры и удельного объема. В табл. I приведены значения удельного объема v и удельного веса Y сухого насыщенного пара при разных давлениях. Из этих значений следует, что удельный объем с возрастанием-давления беспрерывно уменьшается и достигает минимума при критическом. [9]

Лиг соответствуют состоянию сухого насыщенного пара , / ги, и hw2 — воды при насыщении. [10]

Точка 5 соответствует состоянию сухого насыщенного пара . Площадь 4 — 5 — 8 — 7 — 4 соответствует теплоте парообразования г. Кривая 5 — / изображает процесс перегрева пара в пароперегревателе, а точка 1 — состояние перегретого пара после пароперегревателя. [11]

Точка / соответствует состоянию сухого насыщенного пара , образующегося в котле при давлении PI. В результате отвода тепла отработавший пар полностью конденсируется, а образовавшийся конденсат водяным насосом подается в котел. [12]

При полном испарении жидкости состояние сухого насыщенного пара определяется одним параметром: давлением или температурой. Поэтому объем, внутренняя энергия и энтальпия определяются по таблицам насыщенного пара по давлению или температуре. [13]

В то же время состояние сухого насыщенного пара изображается всего лишь одной точкой. Самый незначительный отвод тепла от такого пара вызывает немедленную конденсацию части его, а незначительный нагрев — — — перегрев пара. [14]

Все точки, соответствующие состоянию сухого насыщенного пара , образуют плавную кривую KL, которая, таким образом, является верхней пограничной кривой. По форме она почти симметрична линии АК, но в точке L не заканчивается, а продолжается вниз, отделяя область двухфазного состояния лед — насыщенный пар от области перегретого пара. [15]

Источник статьи: http://www.ngpedia.ru/id461989p1.html

Что такое насыщенный и перегретый пар

Термины насыщенный пар и перегретый пар относятся к термодинамическому состоянию воды. Вода и пар являются средами, используемыми для теплообмена в котловых установках благодаря своей доступности и высокой теплоемкости. Особенно эффективно передавать тепло посредством испарения и конденсации воды, которая обладает большой скрытой теплоты испарения.

Насыщенный пар (НП) и перегретый пар (ПП) относятся к определенному давлению среды. Первый НП может существовать во влажном и сухом состоянии, а перегретый ПП – только в сухом, поскольку не может содержать в своем составе частиц воды.

Чаще всего эти понятия применяются в теплоэнергетике, для расчета термодинамических циклов в контуре парового котла и в паровых турбинах, генерирующих электрическую энергию на ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС и АЭС.

Что такое насыщенный пар

Водяной пар, пребывающий в термодинамическом равновесии с котловой водой, является насыщенным. Это формулировка дает понимание того, что давление насыщенного пара при температуре может иметь только одно значение

В котлоагрегатах парообразование протекает при постоянном давлении и подводе тепла к котловой воде от уходящих газов. Этот процесс базируется на следующих последовательных стадиях: подпитка котла водой, подогрев ее до температуры точки насыщения, и образование сухого насыщенного пара, когда вся жидкость испаряется из него.

В паровых котлах питательная вода, пройдя через экономайзер, попадает в барабан. Из него более холодные потоки под воздействием силы тяжести опускаются по необогреваемым трубам, а поднимаются по подъёмным топочным экранам обогреваемые более горячими дымовыми газами.

Здесь начинается процесс парообразования, поскольку температура воды достигает значения точки насыщения при рабочем давлении в котлоагрегате.

Плотность пароводяной смеси в экранных пакетах уменьшается и становится ниже плотности воды в опускных трубах, что создает напор для движения пароводяной смеси по экранам в барабан, где смесь сепарируется на воду и пар.

В закрытой поверхности нагрева при не меняющейся температуре в точке насыщения устанавливается термодинамическое равновесие между котловой водой и водяным паром. Число молекул пара, выделяющихся из поверхности воды за определенное время, будет равняться числу молекул сконденсированного пара, которые перейдут обратно в воду в барабане котла.

Давление насыщенного пара

Давление насыщения в котле зависит от температуры котловой воды в равновесном термодинамическом состоянии. При росте давления, пар сжимается и баланс нарушается. Плотность пара первоначально несколько возрастает, и из паровой среды в котловую воду будет переходить больше молекул конденсата, чем наоборот.

Поскольку количество молекул, переходящих из воды в единицу времени связано исключительно с температурой, то сжатие паровой среды не будет влиять на изменение этого числа.

Процесс будет протекать пока не возникнет термодинамическое равновесие, а следовательно, и концентрация возвращающихся молекул не достигнет первоначального уровня. Таким образом, Тнп напрямую зависит от давления насыщения в котле.

Таблица насыщенного пара

Характеристики сухого НП, приводятся в Таблице водяного пара. В ней указывают Т (С), при точке кипения котловой воды и давление (кПа и мм. рт.ст.) при которой этот процесс протекает.

Дополнительно в таблице могут указываться и другие параметры пара:

eдельный объем, м3/кг;
плотность, кг/м3;
удельная энтальпия, кДж/кг
удельная теплота парообразования, кДж/кг.

Плотность насыщенного пара

Плотность НП определяют по формуле.

D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273))

D st — плотность насыщенного пара в кг / м3;
P- абсолютное давление пара в барах;
t — температура в градусах Цельсия;
Z st — коэффициент сжимаемости насыщенного пара при Р и t.

В этом уравнении символ «Z st» обозначает коэффициент сжимаемости насыщенного пара при абсолютной величине давления насыщенного водяного пара P, бар. Это удобное уравнение действительно для диапазона давления пара от 0,012 до 165 бар, с соответствующим диапазоном температур насыщения от 10 до 360 С.

Влажность насыщенного пара

Когда котлоагрегат нагревает воду, пузырьки, прорывающиеся через слой воды, захватываются паром. Влажный пар определяется как пар, в котором вода присутствует в виде микрокапель паров воды. В этом случае соотношение может составлять от 0 до 1. Если пар имеет 20 % воды по объему — он считается сухим на 80% или имеет долю сухости 0,8.

Таблицы НП содержит значения, такие как температура, энтальпия и удельный объем для сухого НП, но не для влажного. Для того чтобы их определить потребуется воспользоваться формулами, учитывая соотношение двух сред:

Удельный объем (v) мокрого пара

v = X * v g + (1 — X) * v f

X = сухость (% / 100);
v f = удельный объем жидкости;
v g = удельный объем НП.

Удельная энтальпия пара сухостью Х:

h = h f + X * h fg

X = сухость (%);
h f = удельная энтальпия жидкости;
h fg = удельная энтальпия НП.

Чем влажнее пар, тем ниже значения удельного объема, теплосодержание, энтальпия и энтропия. Таким образом сухость пара оказывает существенное влияние на все эти значения.

Задачей теплоэнергетиков является организация процессов парообразования в котле с сухостью 100%. Для этого в барабанах котлов устанавливают специальные сепарационные устройства, отделяющие пар от воды.

Перегретый пар

Перегретый пар — это пар с температурой, превышающей его температуру кипения при абсолютном давлении, при котором проводились измерение температуры. Давление и температура перегретого пара не зависят друг от друга, поскольку температура может увеличиваться, в то время как давление остается постоянным.

Процесс перегрева водяного пара на диаграмме Ts представлен на рисунке между состоянием E и кривой насыщенного пара. Чтобы оценить тепловую эффективность цикла, энтальпия должна быть получена из таблиц перегретого пара.

Процесс перегрева — единственный способ увеличить пиковую температуру цикла Ренкина и повысить эффективность без увеличения давления в котле. Это требует добавления в конструкцию котла особого теплообменника, называемого пароперегревателем.

В пароперегревателе дальнейший нагрев при фиксированном давлении приводит к увеличению, как температуры, так и удельного объема. Наибольшее значение перегретого пара заключается в его огромной внутренней энергии, которая может быть использована для кинетической реакции для движения лопастей турбины, создающих вращательное движение вала.

Температура перегретого пара

Характеристики перегретого пара (ПП) аналогичны идеальному газу, но не равны насыщенному пару. Поскольку ПП не обладает зависимостью между температурой и давлением, при конкретном давлении он может вырабатываться в широком температурном диапазоне, что будет зависеть от площади нагрева пароперегревателя.

Перегретый пар отличается от насыщенного такими преимуществами:

gри равном давлении насыщения он обладает намного большей температурой;
обладает большим удельным объемом, что дает экономию энергоресурсов при использовании;
при снижении он не конденсируется, пока температура не упадет ниже точки насыщения при давлении среды.

Методы регулирования температуры перегретого пара

Довольно часто для технологических процессов, требуется получение перегретого пара строго определенной температуры. Для того чтобы снять ее излишки, обычно используют три метода воздействия на температуру ПП:

cмешивание разных температурных потоков, когда в ПП впрыскивают котловую воду или паровой теплоноситель меньшего теплосодержания;
поверхностное охлаждение, заключается в перенаправление ПП через систему специальных теплообменных аппаратов, выполняющих роль охладителей;
изменение тепловосприятия потока, реализуется через изменение температуры или расхода уходящих котловых газов.

В теплоэнергетике в котлах высокого давления наиболее часто применяют первый метод, путем впрыскивания в поток ПП питательной воды или конденсата от турбогенератора. Впрыском насыщенного пара, как правило, регулируют температуру вторичного перегрева пара.

Получение перегретого пара

Пароперегреватель устройство, устанавливаемый в котлоагрегате, вырабатывает перегретый пар с параметрами, превышающими температуру насыщения в барабане котла. Он относится к особо критичным котловым элементам, поскольку из-за высоких температур ПП металл конструкции функционирует в предельно-допустимых условиях.

Пароперегреватели бывают основного типа, работающие в зоне сверхкритического давления и промежуточного типа, которые направляют пар отработанный в турбине для промперегрева.

Кроме того пароперегреватели классифицируются по тепловосприятию на конвективные, установленные в конвективной части котла, радиационные — расположены около топочных экранов и ширмовые — установленные в верхней части топки. По направлению движения потоков ПП и уходящих котловых газов выпускают ПП : прямоточные, противоточные и смешанные.

Использование перегретого пара в технике

В современных паровых турбинах применяют ПП с температурой перегретого пара существенно выше критической (374C).

Перегретый пар используется в турбинах для повышения теплового КПД. Другое использование перегретого пара:

Пищевые технологии.
Технологии очистки.
Катализ / химическая обработка.
Технологии поверхностной сушки.
Технологии отверждения.
Энергетика.
Нанотехнологии.

Котлы перегретого пара

В России применяется ГОСТ 3619-76 на паровые котлоагрегаты, в котором установлены параметры насыщенного и перегретого пара, а также паровая производительность и температура воды для питания котла.

Современная российская энергетика использует котлоагрегаты производительностью вырабатывающих 1000/1650/2650/3950 т/ч пара для турбогенераторов соответствующей мощностью 300/500/800/1200 МВт, работающих на сверхкритических параметрах по давлению 25,5 МПа и Тпп=545С.

Энергетические котлы классифицируются по давлению пара — высокого от 10 до 14 МПа и сверхкритического свыше 25,5 МПа. Котлоагрегаты сверхвысокого давления, обычно, выполняют с вторичным перегревом пара.

Паровые котлоагрегаты малой и средней паропроизводительности используются для производства насыщенного и перегретого пара с характеристиками до 3,9 МПа и Т=450 С. Они эксплуатируются на промпредприятиях и в жилищно-коммунальном хозяйстве для производственно-технологических нужд и в системах центрального теплоснабжения.

Типичными представителями агрегатов данной категории являются котел Е (ДЕ) производительностью пара от 1 до 25 т/ч, Е (КЕ) производительностью пара до 25 т/ч с газомазутной горелкой и ДКВР производительностью до 20 т/ч. Их применение – источники тепловой энергии для центрального теплоснабжения с параметрами насыщенного и перегретого пара.

Источник статьи: http://kotle.ru/sovety/nasyshhennyj-i-peregretyj-par