Тема: три стадии получения водяного пара

Перегретый водяной пар, используемый в паровых турбинах, получают в установках, называемых парогенераторами или котельными установками (паровой котел).

1 – топка;

2 – горелка;

3 – опускные трубы;

4 – испарительные или экранные трубы;

5 – барабаны;

6 – пароперегреватель;

7 – водяной экономайзер.

В топке с помощью горелочных устройств осуществляется сжигание органического топлива (жидкого, газообразного или твердые топлива). Теплота, выделившаяся при сжигании топлива, расходуется на нагрев воды, парообразование и перегрев пара.

Вода с помощью насосов подается в водяной экономайзер, представляющий собой теплообменник трубчатого типа, в котором за счет теплоты дымовых газов она нагревается до температуры насыщения. Далее вода поступает в барабан, нижняя часть которого заполнена водой, а в верхней части находится пар. Из барабана по опускным трубам вода поступает в нижние коллекторы, а затем в испарительные трубы, закрепленные на стенах топки. В этих трубах происходит процесс парообразования, и пароводяная смесь снова поступает в барабан. В барабане происходит разделение (сепарация) воды и пара. Влажный насыщенный пар со степенью сухости Х = 0,95  0,995 поступает в пароперегреватель, где перегревается до заданной температуры.

Рассмотрим термодинамические процессы, протекающие в парогенераторе с использованием фазовых PV и TS диаграмм. Все процессы являются изобарными (это обеспечивается автоматикой, установленной на агрегате).

1 – 2 – процесс нагрева воды в экономайзере.

Количество тепла q₁ = h₂ – h₁ = h - h₁.

2 – 3 – процесс парообразования, протекающий в испарительных трубах.

q₂ = h₃ – h₂ = h - h = r – удельная теплота парообразования.

3 – 4 – процесс перегрева пара в пароперегревателе.

q₃ = h₄ – h₃ = h₄ - h.

Термодинамические параметры воды и водяного пара, используемые в расчетах, могут быть определенны двумя способами:

1) С использованием таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. Эти таблицы состоят из трех частей:

а) Первая часть называется «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (аргумент давления)». Для определения параметров кипящей жидкости или сухого насыщенного пара достаточно знать один аргумент. Структура таблицы в 1 части имеет следующий вид:

б) Вторая часть называется «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (аргумент температура)».

в) Третья часть называется «Термодинамические свойства воды и перегретого водяного пара (аргументы давление и температура)»:

2) По hS диаграмме (или диаграмме Молье). Эта диаграмма значительно упрощает расчеты термодинамических процессов воды и водяного пара, так как количество теплоты, подведенной или отведенной в изобарном процессе, определяется не как площадь (как на TS диаграмме), а как разность ординат. Эта диаграмма имеет следующую структуру.

На диаграмме нанесена верхняя пограничная кривая х = 1. Выше этой линии находится область перегретого пара, ниже - влажного насыщенного пара, а на линии – сухой насыщенный пар. Изобары и изотермы в области влажного насыщенного пара совпадают и представляют собой прямые с угловым коэффициентом, равным температуре насыщения. Это очевидно из расчета этих угловых коэффициентов:

В области перегретого пара изобары и изотермы расходятся. Изобары поднимаются вверх в виде кривых, выпуклостью обращенных вниз, а изотермы представляют собой кривые, выпуклостью обращенные вверх, которые в области перегретого пара проходят практически горизонтально. Изохоры, как в области перегретого пара, так и в области влажного насыщенного представляют собой кривые, выпуклостью обращенные вниз, которые проходят более круто, чем изобары, и на диаграммах обычно показываются пунктирными линиями или выделяются другим цветом. В области влажного насыщенного пара также нанесены линии постоянной степени сухости х = const, которые берут свое начало в критической точке.