Перегретый пар
Перегре́тый пар — пар, нагретый до температуры, превышающей температуру кипения при данном давлении. Перегретый пар используется в циклах различных тепловых машин с целью повышения их КПД. Получение перегретого пара происходит в специальных устройствах — пароперегревателях.
Если насыщенный пар продолжать нагревать в отдельном объёме, не имеющем воды, то получится перегретый пар. При этом сначала испарится влага, содержащаяся в паре, а затем начнётся повышение температуры и увеличение удельного его объёма.
Перегретый пар обладает следующими основными свойствами и преимуществами:
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Перегретый пар» в других словарях:
ПЕРЕГРЕТЫЙ ПАР — (Superheated steam) пар, который получается посредством подогрева насыщенного пара в пароперегревателе. Для паровых машин и турбин применяется почти исключительно перегретый пар, т. к. перегрев пара значительно повышает экономичность паросиловой… … Морской словарь
ПЕРЕГРЕТЫЙ ПАР — пар, имеющий темп ру выше темп ры насыщения при том же давлении (см. НАСЫЩЕННЫЙ ПАР). П. п. служит рабочим телом в тепловых двигателях, турбинах и т. д. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М.… … Физическая энциклопедия
перегретый пар — Пар, имеющий температуру более высокую, чем температура насыщенного пара при том же давлении. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 103. Термодинамика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1984 г.] EN superheated steam… … Справочник технического переводчика
перегретый пар — perkaitintasis garas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Garas, kurio temperatūra yra aukštesnė už to paties slėgio sočiųjų garų temperatūrą. atitikmenys: angl. highly preheated steam; superheated steam vok. überhitzter… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
перегретый пар — 3.66 перегретый пар : пар после пароперегревателя котла. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
перегретый пар — perkaitintieji garai statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. superheated steam vok. überhitzter Dampf, m rus. перегретый пар, m pranc. vapeur surchauffée, m … Automatikos terminų žodynas
перегретый пар — perkaitintasis garas statusas T sritis chemija apibrėžtis Garas, kurio temperatūra yra aukštesnė už to paties slėgio sočiųjų garų temperatūrą. atitikmenys: angl. gaseous steam; highly preheated steam; superheated steam rus. перегретый пар … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
перегретый пар — perkaitintieji garai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. superheated steam; superheated vapor; superheated vapour vok. überhitzter Dampf, m rus. перегретый пар, m pranc. vapeur surchauffée, f … Fizikos terminų žodynas
перегретый пар — perkaitintasis garas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Garas, kurio temperatūra aukštesnė už sauso sočiojo garo temperatūrą esant tam pačiam slėgiui. atitikmenys: angl. superheated steam vok. überhitzter Dampf, m rus. перегретый пар, m… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
Перегретый пар — пар, имеющий температуру выше температуры насыщения при том же давлении. Водяной П. п., служащий рабочим телом паровых двигателей, получают в пароперегревателях (См. Пароперегреватель) котлоагрегата. Чем выше температура водяного П. п.,… … Большая советская энциклопедия
Слегка перегретый пар можно использовать для антимикробной дезинфекции биопленок на твердых поверхностях.
Первостепенное значение в этих применениях имеет тот факт, что водяной пар, содержащий увлеченные капли жидкости, обычно несжимаем при таких давлениях. В поршневом двигателе или турбине, если пар, выполняющий работу, охлаждается до температуры, при которой образуются капли жидкости, то капли воды, захваченные потоком жидкости, ударяются о механические части с достаточной силой, чтобы изгибать, трескать или ломать их. Перегрев и снижение давления за счет расширения гарантирует, что поток пара остается в виде сжимаемого газа на протяжении всего его прохождения через турбину или двигатель, предотвращая повреждение внутренних движущихся частей.
СОДЕРЖАНИЕ
Насыщенный пар
Насыщенный пар полезен для передачи тепла из-за высокой скрытой теплоты парообразования. Это очень эффективный способ передачи тепла. С точки зрения непрофессионала, насыщенный пар находится в точке росы при соответствующей температуре и давлении. Типичная скрытая теплота парообразования (или конденсации) составляет 970 БТЕ / фунт (2256,5 кДж / кг) для насыщенного пара при атмосферном давлении.
Использует
Паровой двигатель
Перегрев пара эффективно сушит его, повышает его температуру до точки, при которой конденсация гораздо менее вероятна, и значительно увеличивает его объем. В совокупности эти факторы увеличивают мощность и экономичность локомотива. Основными недостатками являются дополнительная сложность и стоимость трубок пароперегревателя, а также отрицательное влияние «сухого» пара на смазку движущихся компонентов, таких как паровые клапаны. На маневровых тепловозах перегрев обычно не применялся.
Обычное устройство включает в себя отбор пара после регулирующего клапана и пропускание его через длинные трубы пароперегревателя внутри особо больших пожарных труб котла. Трубки пароперегревателя имели обратный («торпедный») изгиб на конце топки, так что пар должен был пройти по длине котла не менее двух раз, забирая при этом тепло.
Обработка
Другие потенциальные применения перегретого пара включают: сушка, очистка, наслоение, разработка реакций, сушка эпоксидной смолы и использование пленки, где требуется насыщенный или сильно перегретый пар при одном атмосферном давлении или при высоком давлении. Идеально подходит для сушки паром, окисления паром и химической обработки. Используется в технологиях обработки поверхностей, технологиях очистки, сушке паром, катализе, химической обработке, технологиях сушки поверхностей, технологиях отверждения, энергетических системах и нанотехнологиях.
Сообщалось о применении перегретого пара для очистки окружающей среды на предприятиях по переработке сухих пищевых продуктов.
Перегретый пар обычно не используется в теплообменнике из-за низкого коэффициента теплопередачи. В нефтеперерабатывающей и углеводородной промышленности перегретый пар в основном используется для отпарки и очистки.
Борьба с вредителями
Пар используется для пропаривания почвы с 1890-х годов. Пар проникает в почву, что вызывает разрушение почти всего органического материала (используется термин «стерилизация», но это не совсем правильно, поскольку не обязательно все микроорганизмы погибают). Обработка почвы паром является эффективной альтернативой многим химическим веществам в сельском хозяйстве и широко используется в теплицах. В этом процессе в основном используется влажный пар, но если требуется температура почвы выше 212 ° F (100,0 ° C) точки кипения воды, необходимо использовать перегретый пар.
Типы пара
Содержание:
Если вода нагревается выше точки кипения, она становится паром или водой в газообразном состоянии. Однако все виды пара разные, и их свойства существенно варьируются в зависимости от давления и температуры.
В статье Основные сферы применения пара, мы рассмотрели различные процессы, в которых используется пар. А теперь поговорим о типах пара, применяемых в этих процессах.
Соотношение давления и температуры воды и пара
Для просмотра анимации кликните на слово
Насыщенный (сухой) пар возникает, когда вода нагревается до температуры кипения (контактное тепло), а затем испаряется с помощью дополнительного подогрева (скрытое тепло). Если этот пар далее нагревается выше точки насыщения, он становится перегретым паром (контактное тепло).
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 теплоты | Улучшает качество продукта и повышает производительность |
| Давление может контролировать температуру | Температура устанавливается быстро и точно |
| Гарантирует высокий коэффициент теплопередачи | Требуемая площадь теплообмена меньше, что позволяет снизить первоначальные затраты на оборудование |
| Образовывается из воды | Безопасный, чистый и недорогой |
Полезные советы
Ненасыщенный (влажный) пар
Это наиболее распространенная форма пара, которая используется на большинстве заводов. Когда при работе котла образуется пар, он, как правило, влажный из-за неиспарившихся молекул воды, которые в нем присутствуют. Даже лучшие котлы могут выпускать пар, чья влажность будет составлять от 3% до 5%. Когда вода приближается к состоянию насыщения и начинает испаряться, часть ее, обычно в форме водяной пыли или капелек, попадает в поднимающийся пар и распределяется дальше. Это одна из основных причин, по которой сепарация используется для удаления конденсата из распределенного пара.
Перегретый пар
Перегретый пар получается в результате дополнительного нагревания влажного или насыщенного пара до точки кипения выше, чем для последнего. Так, при идентичном давлении, что и у насыщенного пара, его температура будет выше, а плотность ниже. Перегретый пар в основном используется для сообщения движения, например, в турбинах, но не применяется в процессах теплопередачи.
Преимущества использования перегретого пара в приводных турбинах:
Предпочтительно и подавать, и выпускать пар в перегретом состоянии, т.к. конденсат не будет образовываться во время нормальной работы парового оборудования, что снизит риск повреждений от эрозии или коррозии, вызванной влиянием углекислого газа. Кроме того, теоретический тепловой КПД турбины рассчитывается с учетом показателей энтальпии во впускном и выпускном отверстиях; это увеличивает градус перегрева, давление поднимает энтальпию со стороны входного отверстия турбины, что эффективно улучшает тепловой КПД.
Недостатки использования перегретого пара для подогрева:
| Свойства | Недостатки |
| Низкий коэффициент передачи тепла | Снижается производительность |
| Требуется большая площадь поверхности теплопередачи | |
| Нестабильная температура пара даже при постоянном давлении | Перегретому пару надо поддерживать высокую скорость, в противном случае температура будет падать по мере потери тепла из оборудования. |
| Контактное тепло используется для передачи тепловой энергии | Падение температуры может отрицательно сказаться на качестве продукта |
| Температура может быть необычайно велика | Могут понадобиться более стойкие строительные материалы, требующие более высоких первоначальных затрат на оборудование |
По этой и другим причинам, насыщенный пар предпочтительнее перегретого пара, если он выступает в качестве рабочей среды теплообменников или иного оборудования для теплопередачи. С другой стороны, если рассматривать его как источник тепла для прямого нагрева, как высокотемпературный газ, обнаружится преимущество над горячим воздухом, благодаря возможности подогрева даже в условиях отсутствия кислорода. Также проводятся исследования по использованию пара в пищевой промышленности для приготовления еды и для сушки.
Сверхкритическая вода
Сверхкритическая вода — это вода в состоянии, превышающем ее критическую точку: 22,1 МПа, 374 °C. В критической точке скрытое тепло пара равняется нулю, а его удельный объем точно такой же, как для жидкого или газообразного состояния. Другими словами, вода с давлением и температурой большими, чем в критической точке, находится в своеобразном состоянии, которое нельзя назвать ни жидким, ни газообразным.
Сверхкритическая вода используется для работы турбин на электростанциях, которые требуют более высокой эффективности. Исследования сверхкритической воды проводятся с упором на ее использование в качестве текущей среды, обладающей свойствами как жидкости, так и газа, а также на ее пригодность в качестве растворителя для химических реакций.
Различные состояния воды
Ненасыщенная вода
Эта вода находится в самом узнаваемом ее состоянии. Приблизительно 70% человеческого веса — это вода. Когда она находится в жидком состоянии, водородные связи держат молекулы ее вместе. В результате ненасыщенная вода имеет относительно компактную, плотную и стабильную структуру.
Насыщенный пар
Молекулы насыщенного пара невидимы. Когда насыщенный пар выпускается в атмосферу из трубопровода, часть его конденсируется, передавая свое тепло окружающему воздуху и образовывая облака белого пара (крошечные капли воды). Если в паре есть такие капельки, то он называется влажным.
В паровых системах пар, выходящий из конденсатоотводчиков часто ошибочно принимается за насыщенный (острый) пар, в действительности же это — выпар. Разница между ними состоит в том, что насыщенный пар мнгновенно становится невидимым уже на уровне выпускного отверстия трубы, тогда как выпар содержит мелкие капли воды в момент образования.
Перегретый пар
Пока перегретый пар находится в своем перегретом состоянии, он не будет конденсироваться, даже если вступит в контакт с атмосферой, а его температура упадет. В результате, клубы пара образовываться не будут. Перегретый пар содержит больше тепла, чем насыщенный пар при том же давлении, а его молекулы двигаются быстрее, поэтому его плотность ниже (т.е. его удельный объем больше).
Сверхкритическая вода
Хотя визуальное наблюдение не представляется возможным, но эта вода находится в состоянии, которое не является ни жидким, ни газообразным. В общих чертах, молекулярное движение ближе к газу, а плотность больше похожа на плотность жидкости.
Перегретый пар
Перегретый пар, это пар с температурой и энтальпией, значения которых при определенном давлении выше, чем указанные в таблице насыщенного пара. Например: пар с давлением 10 бар и температурой 200оС является перегретым (для сравнения температура насыщенного пара составляет 180оС).
Перегретый пар имеет значительно более низкие теплопередающие свойства, чем насыщенный.
Широкое распространенное заблуждение заключается в том, что при равном давлении в режиме перегретого пара может быть достигнута более высокая температура продукта, чем в режиме насыщенного пара.
Пароперегрев уходящими газами
Пароперегрев происходит в кожухотрубном теплообменнике (так называемом пароперегревателе), который встраивается в газоход парового котла. В этом теплообменнике насыщенному пару при постоянном давлении передается дополнительно тепловая энергия уходящих газов.
При этом увеличивается температура и энтальпия пара.
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:
Плотность насыщенного пара
Плотность НП определяют по формуле.
D st = 216,49 * P / (Z st * (t + 273))
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
Удельная энтальпия пара сухостью Х:
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:
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:
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:
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.
