Стандартные параметры пара это

Параметры пара

Свойства пара определяются его параметрами, то есть величинами, характеризующими состояние пара (давление, температура, степень сухости, энтальпия, теплосодержание и т. д.). Тепловая энергия подводится к паровой турбине при помощи водяного пара, являющегося носителем тепловой энергии (теплоносителем).

Насыщенный пар

Если нагревать воду в открытом сосуде, то температура ее будет постепенно повышаться, пока не достигнет примерно 100 0 С; после этого дальнейшее повышение температуры прекращается и начинается кипение воды, то есть бурный переход ее в парообразное состояние. Температура воды во время кипения остается одной и той же, так же как температура получающегося над водой пара; она равна точно 100 0 С при нормальном атмосферном давлении, равном давлению ртутного столба 760 мм высотой. Искусственно изменяя давление, можно изменять температуру кипения в очень широких пределах; при увеличении давления температура кипения повышается, при уменьшении давления – понижается.

Так, при давлении 0,02 ата (0,02 от атмосферного давления) вода кипит при 17,2 0 С, а при давлении 10 ата при 179 0 С.

Температура пара над водой, из которой он получается (рис. 1), всегда равна температуре этой воды. Получающийся над водой пар называется насыщенный пар.

Определенной температуре насыщенного пара всегда соответствует определенное давление, и наоборот, определенному давлению всегда соответствует строго определенная температура.

В (таблице 1) приводится зависимость между температурой и давлением насыщенного пара.

Измерив термометром температуру насыщенного пара, можно по этой таблице определить его давление или, измерив давление, определить температуру.

При образовании пара в паровое пространство котла всегда попадают частицы воды, увлекаемые выделяющимся паром; особенно сильное увлажнение пара происходит в современных мощных котлах при работе их с большой нагрузкой. Кроме того, насыщенный пар обладает тем свойством, что при самом незначительном отнятии теплоты часть пара обращается в воду (конденсируется); вода в виде мельчайших капелек удерживается в паре. Таким образом, практически мы всегда имеем смесь сухого пара и воды (конденсата); такой пар называется влажный насыщенный пар. Так же как и у сухого насыщенного пара, температура влажного пара всегда соответствует его давлению.

Состав влажного пара принято выражать в весовых частях пара и воды. Вес сухого пара в 1 кг влажного пара называется или и обозначается буковой «х». Значение «х» обычно дают в сотых долях. Таким образом, если говорят, что у пара «х»=0,95, то это значит, что во влажном паре содержится по весу 95% сухого пара и 5% воды. При «х»=1 насыщенный пар носит название сухого насыщенного пара.

Один килограмм воды при своем испарении дает один килограмм пара; объем получающегося пара зависит от его давления, а следовательно, и от температуры. В противоположность воде, которая по сравнению с газами почти несжимаема, пар может сжиматься и расширяться в очень широких пределах.

Энтальпия пара(теплосодержание) – практически определяется как количество тепла, которое нужно для поучения 1 кг пара данного состояния из 1 кг воды при 0 0 С, если нагрев происходит при постоянном давлении.

Понятно, что при одной и той же температуре энтальпии пара значительно больше, чем энтальпия воды. Для того чтобы нагреть 1 кг воды от 0 до 100 0 С, нужно затратить приблизительно 100 ккал тепла, так как теплоемкость воды равна приблизительно единице. Для того же, чтобы превратить эту воду в сухой насыщенный пар, нужно сообщить воде добавочно значительное количество теплоты, которое расходуется на преодоление внутренних сил сцепления между молекулами воды при переходе ее из жидкого состояния в парообразное и на совершение внешней работы расширения пара от начального объема v / (объем воды) до объема v // (объема пара).

Это добавочное количество теплоты называется теплота парообразования.

Следовательно, энтальпия сухого насыщенного пара будет определяться так:

i // =i / +r, ккал/кг,

Например, при давлении 3 кг/см 3 теплосодержание 1 кг кипящей воды равно 133,4 ккал, а теплота парообразования равна 516,9 ккал/кг; отсюда энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 3 кг/см 2 будет:

i // =133,4+516,9=650,3 ккал/кг (табл 2)

в сильной степени зависит от его степени сухости; с уменьшением степени сухости пара его энтальпия уменьшается.

Энтальпия влажного пара равна:

Эту формулу легко уяснить себе на следующем примере: допустим, что давление пара 5 кг/см 2 и степень сухости 0,9 иначе говоря, 1 кг этого пара содержит 0,1 кг воды и 0,9 кг сухого пара. По (табл 2) находим, что энтальпия воды при давлении 5 кг/см 2 равна округленно 152 ккал/кг, а энтальпия сухого пара 656 ккал/кг; так как влажный пар состоит из смеси сухого пара и воды, то энтальпия влажного пара в данном случае будет равна:

Следовательно, энтальпия влажного пара будет в этом случае примерно на 50 ккал/кг меньше, чем сухого насыщенного пара того же давления.

Перегретый пар

Энтальпия перегретого пара

Следовательно, она превышает энтальпию сухого насыщенного пара того же давления на величину, выражающую собой количество теплоты, дополнительно сообщенное пару при перегреве; это количество теплоты равно:

а=ср(t2 – t1), ккал/кг,

где ср – средняя теплоемкость 1 кг пара при постоянном давлении. Ее величина зависит от давления и температуры пара; в (табл. 3) даны значения ср для некоторых температур и давлений;

t1 – температура насыщенного пара; t2 – температура перегретого пара.

Энтальпии перегретого пара для некоторых давлений и температур приведены в (табл. 4).

Перегревая свежий пар, мы сообщаем ему дополнительную теплоты, то есть увеличиваем начальную энтальпию. Это приводит к увеличению использованного теплопадения и повышению экономического к.п.д. установки работающей на перегретом паре. Кроме того, перегретый пар при движении в паропроводах не конденсируется в воду, так как конденсация может начаться только с момента, когда температура перегретого пара понизиться на столько, что он перейдет в насыщенное состояние. Отсутствие конденсации свежего пара особенно важно для паровых турбин, вода, скопившаяся в паропроводе и увлеченная паром в турбину, легко может разрушить лопатки турбины.

Преимущество перегретого пара настолько значительны и выгодность его применения настолько велика, что современные турбинные установки работают почти исключительно перегретым паром.

В настоящее время большинство тепловых электростанций строится с параметрами пара свыше 130 – 150 ата и свыше 565 0 С. В дальнейшем для самых мощных блоков предполагается по мере освоения новых жаростойких сталей повысить параметры до 300 ата и 656 0 С.

При расширении перегретого пара его температура понижается, по достижении температуры насыщения перегретый пар проходит через состояние сухого насыщенного пара и превращается во влажный пар.

Источник

Что такое водяной пар и каким он бывает

В большинстве технологических теплообменных процессах производственных предприятий применяют водяной пар давлением от 1,5 кг/см² до 24 кг/см², поэтому оставим в стороне технологические процессы большой энергетики и процессов, где используют пар с параметрами намного выше 25 кг/см² и температурой до 600°C. Так же не будем рассматривать процессы сублимации и других технологий, протекающих при температурах ниже 100°C.

На рисунке 1 предоставлены «Диаграма состояния воды» (а) и «hs диаграмма водяного пара» (б), с помощью них разберём «наш» пар. На диаграмме «а» область водяного пара с интересующими нас параметрами – это область «A». Для более лучшего понимания состояния и характеристик воды (водяного пара) при интересующих нас давлениях и температурах обратимся к диаграмме «б».

Рис.1. Диаграммы

а) Диаграмма состояния воды

χ – коэффициент сухости пара. Показатель качества насыщенного пара. Чем ниже «χ», тем больше воды в паре и меньше энтальпия (количество тепловой энергии).

На диаграмме «б» разными цветами выделены области с характеристиками интересующего нас водяного пара: перегретый пар (область «E»), влажный насыщенный пар (область «F»). Кривая c-d характеризует состояние сухого насыщенного пара. В таблице 1 перечислим свойства пара в каждом из состояний.

Таблица 1. Виды и свойства водяного пара

Область на диаграмме

Показатели характеризующие состояние пара

РАЗНОВИДНОСТЬ ПАРА

краткое описание свойств пара

Кривая с-d

Коэффициент сухости (χ = 1)

СУХОЙ НАСЫЩЕННЫЙ ПАР (СНП)

* СНП – это прозрачный газ;

* СНП – «идеальный пар» для теплотехнических процессов, может существовать только в закрытом пространстве, не стабилен;

* СНП – это наиболее эффективный пар для теплообменных процессов (максимальный коэффициет теплоотдачи при высоком теплосодержании (энтальпии));

* Ввиду нестабильности СНП, необходимо делать поправку и все теплотехнические расчёты рекомендуется вести по ВНП.

Область F

ВЛАЖНЫЙ НАСЫЩЕННЫЙ ПАР (ВНП)

* ВНП – это водяной газ облачно-белого цвета, с которым мы постоянно сталкиваемся в повседневной жизни;

* ВНП – реальный пар, с которым работают теплообменные аппараты;

* ВНП – это смесь пара и мельчайших капелек воды;

* В теплообменных процессах при постоянном давлении, температура ВНП от момента χ = 1 до χ = 0 (конденсат) является величиной постоянной;

* Без применения пароперегревателей на выходе любого парового котла ВНП;

* При транспортировке ВНП по паропроводу образуется конденсат, который необходимо отводить в обязательном порядке.

Область E

ПЕРЕГРЕТЫЙ ПАР (ПП)

* ПП ещё называют сухим ненасыщенным паром;

* ПП – это прозрачный газ;

* ПП – не применяется в теплообменных процессах;

* ПП – это пар, температура которого при данном давлении больше, чем температура СНП;

* ПП получается дальнейшим нагревом насыщенного пара. В отличии от насыщенного пара у перегретого пара нет прямой зависимости давления от температуры, и он в обязательном порядке должен характеризоваться давлением и температурой перегрева;

* Преимущество ПП в отсутствии образования конденсата при транспортировке;

* Недостатки ПП – низкий коэффициент теплоотдачи, что требует больших площадей теплообменных поверхностей при теплообменных процессах.

ВЫВОДЫ:

Источник

Начальные параметры пара

Давление пара.

Тепловая экономичность паротурбинных электростанций в значительной степени определяется начальными и конечными параметрами пара в установке, т. е. давлением и температурой пара перед турбиной и давлением в конденсаторе турбины. Тепловая экономичность электростанций растет с ростом начального давления пара, а также с повышением температуры подогрева питательной воды.

Повышение начального давления пара значительно усложняет и удорожает оборудование. Но как проверено технико-экономическими расчетами, чем больше увеличивается мощность блока, тем меньше начальное давление влияет на удельные капитальные затраты. Поэтому установки большой мощности создаются на высокие и сверхкритические давления пара.

В России приняты четыре ступени начального давления пара: 3,4; 8,8; 12,75 и 23,5 МПа или (соответственно 35, 90, 130 и 240 кгс/см2.

Температура пара.

В России установлены следующие температуры пара на выходе из котельного агрегата :

При указанных температурах перегрева для поверхностей нагрева и труб применяются перлитные стали (хромомолибденованадиевые) марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф. Для более высоких температур перегрева требуется применение аустенитных сталей, которые не нашли широкого применения в энергетике вследствие очень высокой их стоимости и трудностей их обработки. Так, трубы из легированных сталей дороже труб из углеродистой стали: хромомолибденовые в 1,6—1,9 раза, высокохромистые и аустенитные в 4,7—5 раз, аустеинтные с молибденом и вольфрамом в 7—в раз.

Источник

Пар и его основные параметры. Назначение пара в энергетике

Рабочим телом, преобразующим теплоту в механическую работу в теплосиловых установках, является пар или газ. Пар – газообразное состояние вещества в условиях, когда газовая фаза может находиться в равновесии с жидкой или твердой фазами того же вещества.

Принципиального различия между газом и паром нет. При достаточно высокой температуре и низких давлениях, например в продуктах сгорания топлива, пар, как и газ, по своим свойствам приближается к идеальному газу и подчиняется законам идеальных газов. Таким образом, водяной пар наряду с твердой и жидкой фазами является одной из форм существования воды в природе. Водяной пар используется в качестве рабочего тела в паросиловых установках, в качестве теплоносителя в системах вентиляции, теплои водоснабжения, а также используется в технологических целях.

Основные преимущества использования водяного пара как теплоносителя заключаются в следующем:

Поскольку насыщенный пар образуется в котле при условиях равновесия, то присутствующее в нем количество теплоты не превышает сумму энтальпии воды (энтальпия воды – теплота, затраченная на нагревание 1 кг воды от 0°С до температуры насыщения) и теплоты парообразования или испарения (теплота, затраченная на превращение 1 кг воды с температурой насыщения в сухой насыщенный пар). Даже небольшие потери теплоты приводят к конденсации пара. Кроме того, при образовании в котлах насыщенного пара вместе с выходящим паром имеет место вынос воды. Это происходит из-за интенсивного образования пузырей пара при кипении воды. Вынос воды усиливается при высоком содержании растворенных твердых частиц в котловой воде, высоком уровне воды в котле и внезапных чрезмерных расходах пара. Выносимые капельки воды содержат растворенные твердые частицы, которые находились в котловой воде. С повышением давления в котле вынос уменьшается.

Теоретически насыщенный пар является сухим, но на практике он всегда влажный. Степень сухости насыщенного пара равна процентному содержанию чистого пара в пароводяной смеси. При хорошей эксплуатации котла степень сухости может достигать 93% и более. В нагревательных устройствах теплоизолирующие водные пленки значительно влияют на теплопередачу. Поэтому для отпуска конечным пользователям пара высокого качества следует принимать меры по максимальному уменьшению конденсации пара и выноса воды.

Водяной пар обычно получают в котельных агрегатах (паровых котлах) и независимо от назначения, типов, размеров и конструкции котельных агрегатов всегда принципиально одинаковыми способами при постоянном давлении.

Если при некотором давлении воду нагреть до определенной температуры (для воды при атмосферном давлении – 101,325 кПа или 760 мм рт.ст. – эта температура составляет 100°С), то она закипит, т.е. начнется процесс интенсивного парообразования. Будет генерироваться пар, имеющий ту же температуру, что и кипящая вода, но при существенно большем объеме (объем пара при 100°С в 1673 раза больше объема воды при 4°С). Пар над жидкостью в таком состоянии носит название насыщенного пара. В процессе парообразования масса воды будет постепенно уменьшаться, а масса пара – увеличиваться. До тех пор, пока остается некоторое количество воды, температура системы, несмотря на непрекращающийся подвод теплоты, постоянна. Состояние, при котором вода и пар находятся в равновесии, называется состоянием насыщения, характеризующимся давлением насыщения и температурой насыщения. Моменту, когда последняя капля воды испарилась, соответствует состояние сухого насыщенного пара. Следовательно, сухим насыщенным паром называется пар, не содержащий капель жидкости и получающийся в конце процесса парообразования. Он все еще находится при температуре насыщения. Только после превращения всей воды в пар температура пара может начать повышаться.

Если процесс испарения проводить при давлениях, отличных от атмосферного, то температура испарения изменяется: с ростом давления температура испаряемой воды растет. Влажным насыщенным паром называют смесь сухого пара с каплями влаги, равномерно распределенной во всем объеме пара. В присутствии жидкости происходит образование только насыщенного пара, поэтому влажный пар называют влажным насыщенным. Его можно рассматривать как смесь сухого насыщенного пара с мельчайшими каплями воды, взвешенными в массе пара. Состав влажного пара определяют в массовых долях, для чего вводят понятие степени сухости пара. Под степенью сухости насыщенного пара или под паросодержанием понимают долю сухого пара в 1 кг влажного.

В паропровод можно включить осушитель пара – сепаратор влаги. Важно правильно размещать эти сепараторы. Если сепаратор установлен около котла, то он может высушивать пар до того, как последний начнет поступать в выходной паропровод. Однако вследствие тепловых потерь в трубопроводе после сепаратора и сопутствующей этому конденсации пара он будет поступать к месту использования несколько увлажненным. Если установить сепаратор вблизи места использования, пар будет подаваться на оборудование практически сухим. Конденсат, образующийся в парораспределительных коллекторах и главных паропроводах, следует систематически удалять через спускные устройства.

Воздух заполняет паровой объем (котлов, труб, теплообменников и т.п.), как только подача пара прекращается, так как остающийся в системе пар постепенно конденсируется и создается разрежение. Кроме того, воздух поступает в паровые системы с питательной водой котла. После термической деаэрации некоторое количество кислорода и азота все же остается в питательной воде. Введение химических добавок позволяет связать только кислород. При разложении карбонатов, содержащихся в питательной воде котла, образуется газообразная двуокись углерода. Газы, как правило, не растворяются в воде при температурах, характерных для котлов, они выходят из котла с паром и накапливаются в застойных зонах энергооборудования. Воздух и неконденсирующиеся газы увеличивают термическое сопротивление теплообменных поверхностей, искажают тепловые характеристики и создают неравномерность нагрева поверхностей, а кислород к тому же вызывает в присутствии влаги коррозию. Поэтому следует принимать меры для устранения неконденсирующихся газов в паровых системах за счет качественной водоподготовки и деаэрации.

Чем выше степень влажности пара, тем меньше энергии он содержит в I кг. Например, сухой пар давлением в 0,8 МПа содержит 2769 кДж/кг, при 93% степени сухости и давлении 0,8 МПа – 2626 кДж/кг; при 85% степени сухости и том же давлении – 2462 кДж/кг. Качественная изоляция труб помогает сократить такие потери энергии, а также минимизировать проблемы, связанные с увлажнением пара.

Как отмечалось выше, к моменту испарения всей воды образуется сухой насыщенный пар. Если к сухому насыщенному пару продолжать подводить теплоту при постоянном давлении, температура его будет расти, т.е. пар будет иметь температуру, более высокую, чем температура насыщения при том же давлении, поэтому он называется перегретым паром.

Таким образом, по термодинамическому состоянию различают насыщенный пар и перегретый пар.Насыщенным называют пар, который находится в динамическом равновесии с жидкостью, из которой он образован.Перегретый пар имеет температуру выше температуры насыщения при данном давлении.

Состояние пара характеризуется такими термодинамическими параметрами, как давление (Па, МПа), удельный объем (м3/кг), температура (°С, К), энтальпия (от греческого «enthalpo» – «нагреваю») (кДж/кг), внутренняя энергия (кДж/кг), энтропия (кДж/кг), степень перегрева и степень сухости.

В зависимости от начальных параметров пара (давления и температуры) на сегодняшний день различают установки низких, средних, высоких, докритических, критических, сверхкритических и суперсверхкритических параметров пара (табл.1.1).

Тепловая энергия пара превращается в механическую в тепловых энергетических установках – паровых машинах и паровых турбинах. Для современной крупной теплоэнергетики практический интерес представляют только паросиловые устновки (ПСУ) на базе паровых турбин. Паровые машины могут быть использованы для когенерационных многотопливных установок небольшой мощности (менее 500 кВт).

В паросиловой установке, работающей на насыщенном паре, можно осуществить цикл Карно, позволяющий в заданных границах температур T1 и T2 получить максимальный к.п.д.

Рассмотрим T–S диаграмму цикла Кaрно для водяного пара (рис. 1.2), гдеТ– абсолютная температура, аS– энтропия. Кривая A–K–B является пограничной для системы вода–водяной пар.

Отрезок диаграммы 4–1 соответствует процессу подвода тепла при преобразовании воды в водяной пар до получения сухого пара. Поскольку при фазовом переходе не изменяются ни температура, ни давление, то этот процесс является как изотермическим (с температуройT1), так и изобарным (с давлением p1) одновременно.

Отрезок1–2соответствует адиабатическому расширению пара в паровой турбине. После турбины пар поступает в конденсатор, в котором происходит фазовый переход пара в воду и отводится тепло. Этот процесс (отрезок 2–3) также является изотермическим (с температуройT2) и изобарным (с давлением p2). Процесс3–4соответствует сжатию в компрессоре. Точку3выбирают таким образом, чтобы сжатие проводилось по адиабате.

Но на практике идеальный цикл Карно для водяного пара неосуществим. Поскольку в точке3 процесс конденсации пара не завершен, удельный объем влажного пара при давленииp2и температуреT2так велик, что для его сжатия в компрессоре больших размеров нужно выполнить значительную работу. Поэтому реальная полезная работа цикла Карно будет намного меньше теоретической.

Таблица 1.1 Классификация параметров пара в зависимости от начальных давления и температуры