Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 2

Назначение пароперегревателей котлов: типы, схемы

Диаграмма водяного пара

Чтобы отследить процесс наглядно, придумана диаграмма водяного пара, которая стала отличной заменой многочисленным таблицам и может определять величины в равновесии. Диаграмма составляется по таблице и не может быть точнее, ведь в таблице показатели идентичны, просто перенесены в виде определенного графика. Анализировать турбины лучше всего по T, s диаграмме, где осью абсцисс определена энтропия, а ординатой абсолютная температура. Линии по горизонтали на диаграмме обозначены изотермами, линии вертикальные называются изоэнтропами.  Рассчитать анализ и работу турбины лучше всего подходит h, s –диаграмма. То, что в диаграмме выделено жирной линией обозначает сухой пар.

Вода и водяной пар

Водяной пар, как газообразное состояние воды, тоже не имеет цвета, ничем не пахнет и безвкусен. Пары воды находятся в тропосфере и образуются при процессе испарения. Поступая в воздушные массы водяной пар, создает определенное давление, называемое парциальным. Давление газа измеряется паскалями и способно перейти в следующую фазу кристаллизация или образование льда. Газообразное состояние воды встречается в естественной среде. В своем количестве пар может изменяться в воздухе, максимальное содержание доходит до 4 %. Водяной пар не видно, но его можно представить как конденсация в виде тумана, дыхания, когда выходишь на холод или когда кипит вода в кастрюле. Водяной пар в равновесии определяет важную характеристику влажность.

Процесс парообразования – это и есть процесс получения пара, и он образован кипением и испарением. Когда происходит испарение, пар появляется на поверхностном слое, кипение вызывает образование пузырьковой поверхности, которые вырываются снизу вверх. Кипение происходит при определенной температуре и на своем пике остается в неизменной температуре. При таком процессе выделяется насыщенный пар, который бывает сухой и влажный. Сухой не содержит в себе водяных капелек, а влажный содержит. Без водяного пара не происходит круговорота воды в природе. Водяной пар в повседневности много где встречается, например, когда вы гладите утюгом или находитесь в бане. Именно потому, что пар бесцветен и не имеет цвета и запаха он нашел применение в человеческой жизнедеятельности. Даже в решении глобальных вопросов пар нашел свое применение, и ярким примером этого стала такая техника как паровоз.

Степень — сухость — пар

Степень сухости пара на забое нагнетательной скважины принимается постоянной и равной степени сухости через 1 год после начала закачки пара.

Степенью сухости пара х называется весовая доля сухого пара во влажном паре.

При степени сухости пара 0 8 ( 80 % пара и 20 % воды) в пласт можно ввести значительно больше тепла ( в расчете на единицу массы закачиваемого агента), чем во время нагнетания горячей воды.

При степени сухости пара, равной х, теплосодержание влажного пара i i rx, так как в пар превращается не вся кипящая вода.

Понятие степени сухости пара позволяет удобно производить теплотехнические расчеты, связанные с образованием влажного пара.

С ростом начального давления степень сухости пара при расширении его уменьшается.

Зеркало испарения влияет на степень сухости пара. Если зеркало испарения велико, выход паровых частиц с поверхности воды будет спокойным, и пар будет сухим. Если зеркало испарения мало, то пар получается влажным. В этом случае приходится внутри барабана устанавливать специальные сепарирующие устройства.

Одним из способов повышения степени сухости пара на выходе из турбины является вторичный его перегрев. Образовавшийся пар отводят в специальный перегреватель, где он подвергается вторичному перегреву при постоянном давлении. Затем его снова возвращают в турбину, где пар продолжает расширяться до давления в конденсаторе.

Им было введено понятие степени сухости пара и предложено теплоту парообразования рассматривать, как состоящую из двух частей — внутренней и внешней теплоты парообразования. Гирну принадлежит также метод калориметрического исследования паровой машины. Результаты исследований свойств водяного пара Гирна приведены в его книге Механическая теория тепла, изданной в 1854 г., третье, значительно дополненное издание этой книги вышло в 1875 г. Экспериментальными исследованиями Реньо и Гирна завершился первый период изучения термодинамических свойств воды и водяного пара, в основном насыщенного, для давлений до 12 ат.

Численное моделирование процесса вытеснения нефти паром. Влияние давления и степени сухости пара.

При низком давлении чувствительность к степени сухости пара значительно выше, чем при высоком. Снижение добычи при возрастании сухости пара вызвана, по-видимому, более ранним прорывом пара и увеличением количества вьшосимого тепла с добываемыми жидкостями. На существование оптимальной сухости пара было также указано Гомаа , однако этот параметр зависит от давления и длительности нагнетания.

Численное моделирование процесса вытеснения нефти паром. Влияние давления и степени сухости пара.

При низком давлении чувствительность к степени сухости пара значительно выше, чем при высоком. Снижение добычи при возрастании сухости пара вызвана, по-видимому, более ранним прорывом пара и увеличением количества выносимого тепла с добываемыми жидкостями. На существование оптимальной сухости пара было также указано Гомаа , однако этот параметр зависит от давления и длительности нагнетания.

На рис. 7.7 показано определение степени сухости пара, исследуемого во втором опыте, при помощи h, s — диаг-раммы.

Расчеты тепловых потерь в скважинах и степени сухости пара были проведены в разделе 4.1.1. Если пар поступает из одного парогенератора одновременно в несколько скважин, трудно точно определить его расход и степень сухости в каждой скважине. В такой системе наиболее распространенным методом нахождения этих параметров является установка расходомерной диафрагмы на каждый контур. При этом расходы рассчитываются, исходя из предположения, что сухость пара у диафрагмы равна степени сухости на выходе парогенератора, сумма всех расходов должна равняться общему количеству пара, поступающего из парогенератора.

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.

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))

Где:

  • 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

Где:

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

Удельная энтальпия пара сухостью Х:

h = h f + X * h fg

Где:

  • 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.

Свойства и особенности

  • Не конденсируется при охлаждении. Чтобы начать процесс конденсации, перегретый пар должен остудиться ниже температуры насыщенного.
  • Имеет высокие теплосодержание и температуру — значительно выше, чем у насыщенного пара.
  • Имеет больший объём. Это значит, что перегретый пар объёмом 1 кг будет больше, чем 1 кг насыщенного, что более выгодно при использовании в тепловых и паровых машинах, потому что способствует экономии топлива и воды.

Для расчёта стоимости котельной, пожалуйста, заполните опросный лист на котельную.Опросный лист можно заполнить в онлайн-режиме или скачать.

По всем возникшим вопросам: многоканальный телефон: 8 (495) 781-81-55 электронная почта: kotelzakaz@mail.ru

Вас также может заинтересовать

Котельная с резервным топливом Необходимость резервного или аварийного топлива для котельной обусловлена объективной необходимостью обеспечить бесперебойную работу котельной в случае отключения либо непоставки основного топлива.

Измельченная древесина Измельчённая древесина — это мелкие частицы дерева, обычно получаемые в процессе древообработки. К ним относятся щепа, древесная мука и пыль, дроблёнка, опилки и стружки. Это обычные отходы лесодобывающих и лесоперерабатывающих предприятий.

Котельная на 9 МВт Котельная на 9 МВт — это комплекс оборудования, предназначением которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую. Впоследствии тепло поступает потребителям в виде отопления или горячего водоснабжения.

Почему российский ВВП такой энергоемкий? О трех главных причинах высокой энергоемкости отечественного ВВП рассказывает Александр Богданов, эксперт СРО «Энергоаудиторы Сибири».

Требования к газовой котельной В России газовые котельные пользуются куда большим спросом, чем, к примеру, твёрдо- или жидкотопливные, и связано это с простотой эксплуатации и дешевизной обслуживания газового оборудования.

Уменьшение паросодержания в процессе транспортировки

В процессе транспортировки потери лучистого нагрева из трубопровода заставляют пар расстаться с частью его латентного тепла и обратно превращают его в воду, тем самым уменьшая коэффициент содержания пара.

Капли воды, содержащиеся в паре

Следует принять соответствующие меры для сброса всего конденсата в трубопроводе, в т.ч. и капелек воды, попавших с потоком пара.

Поскольку влажный пар влияет не только на эффективность теплопередачи, но также может вызвать эрозию трубопровода и критического оборудования, такого как лопасти турбины, настоятельно рекомендуется принять соответствующие профилактические меры и использовать пароотделитель для удаления унесенного потоком конденсата, а также следовать советам следующих статей:

  • Рекомендации по удалению конденсата из паропроводовПолезно знать
Области применения различных видов конденсатоотводчиковРекомендации по удалению конденсата из паропроводов

Получение — перегретый пар

Получение перегретого пара в технике происходит следующим образом.

Получение перегретого пара из сухого насыщенного осуществляется в пароперегревателе. Промышленные паровые котлы в основном вырабатывают насыщенный или слабоперегретый пар. В энергетических котлах необходимо вырабатывать пар с высоким перегревом, так как это повышает его энтальпию и соответственно термический КПД паросилового цикла.

Получение перегретого пара IB котлах осуществляется за счет пароперегревателей. Расположение их в зоне высоких температур котла позволяет уменьшить поверхность нагрева пароперегревателя и получить более стабильную характеристику его работы — зависимость изменения температуры лара от нагрузки котла. Однако такое их расположение приводит к возможности выхода из строя отдельных трубок пароперегревателя при нарушении режима эксплуатации.

Для получения перегретого пара в схему паросиловой установки должен быть введен еще один элемент — пароперегреватель.

При получении перегретого пара возрастает теплонапряженность конструкции парогенератора. Все это приводит к неоправданным дополнительным расходам.

С целью получения перегретого пара его пропускают через пароперегреватель — медный змеевик, помещенный в нагретую до нужной температуры масляную баню. Перегонную колбу также как можно глубже погружают в жидкостную баню, которую нагревают на несколько градусов выше температуры пара. Подавать пар в необогреваемую колбу не имеет смысла: он неизбежно остынет и перегонки с перегретым паром не получится.

При необходимости получения перегретого пара применяют пароперегреватели, которые устанавливают в первом газоходе ( после второго или третьего ряда кипятильных труб); в этом случае часть кипятильных труб не устанавливается. Входные концы змеевиков пароперегревателя ввальцовываются в верхнем барабане, а выходные привариваются к камере ( коллектору) пере-гр етого пара.

Схемы генерации пара.

Различие схем получения перегретого пара заключается в принципе работы испарительных ( парообразующих) поверхностей нагрева, который послужил основой наименования типов парогенераторов.

При необходимости получения перегретого пара в котле КРШ производительностью 4 т пара в час устанавливается пароперегреватель. Пароперегреватель устанавливают за счет уменьшения количества труб кипятильного пучка.

Таким образом, получение перегретого пара состоит из грех последовательных процессов; а) подогрев воды до температуры кипения; б) парообразование; в) перегрев сухого насыщенного пара. Эги три процесса наблюдаются и в паровом котле: подогрев воды происходит в экономайзере котла, парообразование — в котле, пароперегрев — в специальном змеевиковом теплообменнике-пароперегревателе.

Рассмотрим изохорный процесс получения перегретого пара из влажного насыщенного.

Изображение изотермпческо — Изображение адиабатного го процесса в s — i -дшираммс процесса в s — / — диаграмме.

Рассмотрим изотермический процесс получения перегретого пара из влажного насыщенного. На пересечении параметров рг и xt определяем на диаграмме точку /, характеризующую начало процесса, по линии Т; const пар становится перегретым и характеризуется на диаграмме точкой 2, которая находится на пересечении изотермы / — 2 с линией заданного конечного давления в области перегретого пара.

Простейшая схема кот-лоагрегата.

Пар как источник тепла

Сейчас пар наиболее известен благодаря своему применению для нагревания в качестве источника прямого и косвенного обогрева.

Прямой обогрев пáром

Метод прямого парового нагрева относится к способам, при которых пар находится в непосредственном контакте с нагреваемым продуктом.

В нижеприведенном примере мы видим, как готовят китайские пельмени на пару. Паровая корзина ставится на горшок с кипящей водой. Пока вода кипит, пар поднимается в корзину и готовит еду. В таком устройстве котел (горшок) и паровой сосуд (корзина) объединены.

Для просмотра файла необходим Flash Player

Принцип приготовления еды на пару заключается в том, что, позволяя пару вступать в прямой контакт с нагреваемым продуктом, скрытая теплота пара непосредственно передается в пищу, а капельки воды, образующиеся в результате конденсации, помогают обеспечить влагу.

В промышленности метод прямого парового нагрева часто используется для приготовления пищи, стерилизации, паротушения, вулканизации и других процессов.

Косвенный обогрев пáром

Метод косвенного нагрева пара относится к процессам, в которых пар не находится в непосредственном контакте с нагреваемым продуктом. Он широко используется в промышленности, так как обеспечивает быстрое и равномерное нагревание. Этот метод часто используется в теплообменниках для нагрева продукта.

Для просмотра файла необходим Flash Player

Преимущество этого метода по сравнению с прямым нагревом состоит в том, что капли воды, образующиеся при нагревании, не будут воздействовать на продукт. Следовательно, пар можно использовать для различных процессов, таких как плавление, сушка, кипячение и т.д..

Косвенный паровой нагрев используется в широком спектре процессов, таких как производство пищевых продуктов и напитков, шин, бумаги, картона, топлива (напр. бензина), лекарств и т.д..

Подробнее о применении пара в промышленности можно прочитать в следующей статье на тему:

Oсновные области использования пара

Теория пара ОглавлениеОсновные сферы применения пара

Также на TLV.com

  • Типы пара
  • Учебные семинары по пароконденсатным системам
  • Таблица свойств насыщенного пара по давлению
  • Паровой бюллетень: Архив — Новостная рассылка

Жидкость — газ

Нагревание жидкости вызывает большой рост температуры, который постоянно увеличивается при нагревании, пока не достигнет максимальной точки. Выделяется огромное количество тепла, чтобы произошел этот процесс. Если газ начинает охлаждаться, его температура постепенно понижается и при пиковой точке через теплоту парообразования газ возвращается в жидкое состояние. Пар может превратиться в воду только при потере тепла. Например, при кипении воды на кухне на стекле образуется пар, и окна запотевают, как только помещение начнет терять температуру, пар теряется в равновесии и капельками скапливается на подоконнике.

Даже тело человека более чем на 60% состоит из воды, она участвует в биохимических реакциях. Вода выводит из организма вредные вещества и яды, регулирует температуру тела человека. Вода относится к главному источнику энергетических ресурсов, используется в ГЭС и превращает механическую энергию воды в электричество. Ученые почти всех стран занимались исследованием воды, проводили опыты и лабораторные работы. Пар – жидкость в равновесии это такое состояние, когда два вещества находятся в фазе газовая, а испарение равно скорости образования конденсата. Одним словом, это система превращения пар-вода. Теория равновесия достигается даже в относительно замкнутом состоянии, когда происходит контакт воды и паров без вмешательства.   В 2011 году было открыто гигантское облако пара, и ученые Гарвард-Смитсоновского центра сделали доклад по описанию явления. Однозначно вода есть и в других галактиках, так как главными ее составляющими являются водород и кислород.

Как образуется водяной пар

Водяной пар образуется в результате «парообразования». Парообразование происходит в результате двух процессов – испарения или кипения. При испарении пар образуется только на поверхности вещества, при кипении же пар образуется по всему объему жидкости, о чем и свидетельствуют пузырьки, активно поднимающиеся вверх во время процесса кипения.

Кипение воды происходит при температурах которые зависят от химического состава водного раствора и атмосферного давления. Температура кипения остается неизменной на протяжении всего процесса.

Пар, образующийся в результате кипения, называется насыщенным. Насыщенный пар в свою очередь подразделяется на насыщенный сухой и насыщенный влажный пар. Насыщенный влажный пар состоит из взвешенных капелек воды, температура которых находится на уровне кипения, и соответственно самого пара, а насыщенный сухой пар не содержит капелек воды.

Так же существует «перегретый пар», который образуется при дальнейшем нагреве влажного пара, этот вид пара обладает более высокой температурой и более низкой плотностью.

С паром мы постоянно сталкиваем в ежедневной жизни, он появляется — над носиком чайника при кипении воды, при глажке, при посещении бани… Однако не забывайте, что, как мы уже отмечали выше, чистый водяной пар не имеет ни цвета, ни вкуса.

Благодаря своим физическим свойствам и качествам, пар уже давным-давно нашел свое практическое применение в хозяйственной деятельности человека. И не только в быту, но и при решении больших глобальных задач. Долгое время пар был главной движущей силой прогресса как в прямом, так и в переносном смысле этого выражения. Он использовался как рабочее тело паровых машин, самой известной из которых является ПАРОВОЗ.

Насыщенный (сухой) пар

Черная линия вышеприведенного графика показывает, что насыщенный пар появляется при такой температуре и давлении, при которых пар (газ) и вода (жидкость) могут сосуществовать. Другими словами, он образуется тогда, когда скорость испарения воды равна скорости конденсации.

Преимущества использования насыщенного пара для подогрева

Свойства насыщенного пара делают из него отличный источник тепла особенно при температуре 100 °C и выше. Вот некоторые из этих свойств:

Свойства Преимущества
Обеспечивает быстрое и равномерное нагревание за счет передачи скрытой теплотыУлучшает качество продукта и повышает производительность
Давление может контролировать температуруТемпература устанавливается быстро и точно
Гарантирует высокий коэффициент теплопередачиТребуемая площадь теплообмена меньше, что позволяет снизить первоначальные затраты на оборудование
Образовывается из водыБезопасный, чистый и недорогой

Полезные советы

С учетом сказанного, при подогреве насыщенным паром необходимо помнить о следующих моментах:

  • эффективность подогрева может уменьшиться, если в данном процессе используется любой другой пар, кроме сухого. Вопреки общераспространенному мнению, фактически весь пар, производимый в котле — это не сухой насыщенный пар, а влажный, содержащий часть неиспарившихся молекул воды.
  • Потеря теплового излучения приводит к тому, что часть пара конденсируется. Получившийся влажный пар становится еще более влажным, к тому же образуется конденсат, который надо удалить, установив там, где это необходимо, конденсатоотводчики.
  • Образованный из пара тяжелый конденсат может быть выведен конденсатоотводчиками в специальные коллекторы. Однако этот влажный пар снизит эффективность нагрева, поэтому его следует удалить через устройства очистки или распределительные сборники.
  • В паре, в котором снижается давление за счет трения в трубопроводе и т.д., также может понизиться температура.
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации