Параметры пара
— насыщенный пар
— паросодержание или степень сухости
— энтальпия пара
— теплота парообразования
— перегретый пар
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 1000 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 1000 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 17,20 С, а при давлении 10 ата при 1790 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 паросодержанием или степенью сухости 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.
Удельный объем, то есть объем 1 кг пара, при давлении 1 ата для сухого насыщенного пара равен 1,425 м3, то есть в 1725 раз больше объема 1 килограмма воды. При повышении давления удельный объем пара уменьшается, та как пар как упругое тело сжимается; так, при давлении 5 ата объем 1 кг сухого насыщенного пара уже равен только 0,3816 м3.
Энтальпия пара(теплосодержание) – практически определяется как количество тепла, которое нужно для поучения 1 кг пара данного состояния из 1 кг воды при 00 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 1000 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,
где i// — полная теплота (энтальпия пара); i/ — энтальпия воды при температуре кипения; r – теплота парообразования.
Например, при давлении 3 кг/см3 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/см2 будет:
i//=133,4+516,9=650,3 ккал/кг (табл 2)
Энтальпия влажного насыщенного пара в сильной степени зависит от его степени сухости; с уменьшением степени сухости пара его энтальпия уменьшается.
Энтальпия влажного пара равна:
iвл=i/(1-x)+ i//x, ккал /кг.
Эту формулу легко уяснить себе на следующем примере: допустим, что давление пара 5 кг/см2 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/см2 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:
Iвл=(152*0,1)+(656*0,9)=605,6 ккал/кг.
Следовательно, энтальпия влажного пара будет в этом случае примерно на 50 ккал/кг меньше, чем сухого насыщенного пара того же давления.
Перегретый пар
Если насыщенный пар отвести от поверхности испарения воды в котле и продолжать нагревать его отдельно, то температура пара будет подниматься и объем его увеличиваться. Устройство, в котором пар подогревается (пароперегреватель), сообщается с паровым пространством котла (рис 2). Пар, температура которого выше температуры кипения воды при том же давлении, называется перегретый пар. Если давление пара равно 25 ата, а температура его 4250 С, то он прегрет на 425 – 222,9 = 202,10 С, так как давлению 25 ата соответствует температура насыщенного пара, равная 222,90 С (табл 2) 
Энтальпия перегретого пара
I=i/+a=i/+r+a, ккал/кг.
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 5650 С. В дальнейшем для самых мощных блоков предполагается по мере освоения новых жаростойких сталей повысить параметры до 300 ата и 6560С.
При расширении перегретого пара его температура понижается, по достижении температуры насыщения перегретый пар проходит через состояние сухого насыщенного пара и превращается во влажный пар.
Далее ► ► ►
Наверх
Главная страница
Калькулятор определяет параметры насыщенного водяного пара по заданному давлению пара. На основании выбранных параметров насыщенного пара определяются:
-
- температура насыщенного пара (по табличным данным) на линии насыщения;
- плотность насыщенного пара (по табличным данным) на линии насыщения;
- удельная теплота парообразования/удельная энтальпия насыщенного пара (по табличным данным) на линии насыщения;
- удельный объем насыщенного водяного пара (расчет) на линии насыщения;
- удельный объем насыщенного водяного пара (расчет) с учетом степени сухости пара;
- удельная энтальпия воды (расчет) на линии насыщения;
- удельная энтальпия насыщенного пара (расчет) с учетом степени сухости пара;
- масса пара в трубопроводе (расчет);
- масса пара в сосуде/оборудовании (расчет);
- скорость пара в трубопроводе (расчет);
- рекомендуемая скорость пара в трубопроводе (справочные данные).
Определение свойств насыщенного пара.
Определение параметров инженерных систем исходя из выбранных свойств насыщенного пара.
Для выполнения расчета необходимо задать исходные данные выше.
Примечание.
Расчет составлена на базе справочных данных («Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара», Издательство МЭИ, 1999 г.) приведенных в табличном виде.
Степень сухости пара – массовая доля сухого насыщенного пара в влажном. Обычно сухость пара обозначается буквой — Х. Безразмерная величина. Данная величина может быть отрицательной для недогретой до кипения воды и превосходить единицу для перегретого пара. Для насыщенного пара находится в пределах от 0 до 1. При степени сухости насыщенного пара Х=1 пар называют сухой насыщенный пар (СНП). При степени сухости насыщенного пара от 0 до 1 пар называют влажный насыщенный пар.
При эксплуатации паровых котлов, паропроводов, турбин, машини и т.д. стремятся к получению и использованию СНП. Повышение влажности пара (y, y=(1-x)), ведет к увеличению эксплуатационных затрат.
В комментарии к калькулятору приветствуются пожелания, замечания и рекомендации по улучшению программы.
Поделиться ссылкой:
Энтальпия
свежего пара:
h0
= 3468 кДж/кг.
Энтальпия
пара в конце адиабатного процесса
расширения в ЦВД:
h2а
= 3032 кДж/кг.
Энтальпия
пара в конце реального процесса расширения
в ЦВД:
3468-(3468-3032)0,86=3093,04
кДж/кг,
Энтальпия
пара после промежуточного перегрева
пара:
hпп
=3552 кДж/кг.
Энтальпия
пара в конце адиабатного процесса
расширения в ЦСД:
h6а
=2772 к Дж/кг.
Энтальпия
пара в конце реального процесса расширения
в ЦСД:
3552-(3552-2772)0,84=2896.8
кДж/кг,
Энтальпия
пара в конце адиабатного процесса
расширения в ЦНД:
2404
кДж/кг.
Энтальпия
пара в конце реального процесса расширения
в ЦНД:
2896.8-(2896.8-2404)0,81=2497,6
кДж/кг,
Суммарный
теплоперепад в проточной части турбины
составляет:
(3468-3093,04)+(3552-2497.6)=1429,36
кДж/кг.
Повышение энтальпии
пара в промежуточном пароперегревателе:
3552-3093.6=458.2
кДж/кг.
3.3. Определение энтальпий пара в отборах турбины
После
построения процесса расширения пара в
турбине необходимо определить энтальпии
пара в отборах на регенеративные
подогреватели (рис. 2). Для этого в h-s
диаграмме находим точки пересечения
построенного процесса и изобар,
соответствующих давлению пара в
регенеративных отборах Рi
(см. п. 1). В найденных на h-s
– диаграмме точках определяем энтальпии
и температуры.
В
том случае, если регенеративный отбор
осуществляется в зоне влажного пара
(ниже линии х=1), то температуру пара в
камере отбора определить не удастся,
вместо неё необходимо найти степень
сухости пара в этой точке.
Найденные
энтальпии пара и температуры заносятся
в табл. 3.
Рис.
2. Процесс расширения пара в проточной
части турбины
Таблица
3. Параметры
пара в отборах турбины
|
Номер отбора |
Наименование подогревателя |
Давление
в МПа |
Температура
(влажность)
пара оС |
Энтальпия
в кДж/кг |
|
1 |
ПВД-8 |
3,85 |
385 |
3176 |
|
2 |
ПВД-7 |
2,6 |
340 |
3093,04 |
|
3 |
ПВД-6, |
1,42 |
490 |
3452 |
|
4 |
ПНД-4 |
0,54 |
420 |
3308 |
|
5 |
ПНД-3 |
0,27 |
330 |
3128 |
|
6 |
ПНД-2 |
0,125 |
260 |
2996 |
|
7 |
ПНД-1 |
0,026 |
130 |
2730 |
4. Баланс пара и питательной воды
4.1.
Баланс пара (для всех вариантов)
Паровой баланс
турбины с регенеративными отборами:
,
где
— расход свежего пара на турбину;
— регенеративные отборы пара;
— протечки пара через уплотнения;
— отборы пара на собственные нужды
станции;
— утечки пара в турбоустановке;
— расход пара в конденсатор.
Принимаем:
=0,
=0,
=0.
Получаем
упрощенное выражение для расчёта
:
.
4.2.
Баланс
питательной воды
Расход питательной
воды на котёл определяется из уравнения:
,
где
— расход добавочной воды.
Поток
питательной воды необходимо дополнить
таким количеством добавочной воды
,
которое восполнит потери пара и конденсата
(в том числе с продувочной водой) в
паротурбинном цикле станции
(см. п. 1).
Расчёт расхода
добавочной воды:
0,03
.
Общее выражение
для расчёта расхода питательной воды:
+0,03
=1,03
.
5.
Определение параметров пара, питательной
воды
и конденсата по элементам ПТС
5.1.
Параметры пара в корпусе регенеративных
подогревателей
Давление
в камерах отборов турбины выше, чем
давление пара перед подогревателями.
Это связано с потерей давления в
паропроводах на трение и местные
сопротивления. Потери давления в
паропроводах
принимаются по данным табл. 4.
Таблица
4. Потери
давления пара в паропроводах (для всех
вариантов)
|
№ отбора |
Наименование |
Величина |
|
I |
П-8 |
3% |
|
II |
П-7 |
4% |
|
III |
П-6, деаэратор |
5% |
|
IV |
П-4 |
6% |
|
V |
П-3 |
7% |
|
VI |
П-2 |
8% |
|
VII |
П-1 |
9% |
Определяем
давления пара в корпусе каждого
регенеративного подогревателя по
известным давлениям в отборах турбины
и потерям в паропроводах
:
П-8
3,85(1-0,03)=3,7345
МПа;
П-7
2,6(1-0,04)=2,496 МПа;
П-6
1,42(1-0,05)=1,349
МПа;
П-5 
МПа(для всех
вариантов);
П-4
0,52(1-0,06)=0,5076
МПа;
П-3
0,27(1-0,07)=0,2511
МПа;
П-2
0,125(1-0,08)=0,115
МПа;
П-1
0,026(1-0,09)=0,02366 МПа.
По
найденным давлениям пара находим
параметры насыщения (температуру и
энтальпию) в корпусе регенеративных
подогревателей и конденсатора, которые
соответствуют параметрам сливаемого
из подогревателей конденсата:
П-8
246,5оС 
1068.2
кДж/кг;
П-7
223.8оС 
961.9
кДж/кг;
П-6
193.35оС 
822.2
кДж/кг;
П-5 
164,9оС 
697,1
кДж/кг;
П-4
153.3оС 
646.5
кДж/кг;
П-3
127.43оС 
535,4
кДж/кг;
П-2
103.3оС 
434.5
кДж/кг;
П-1
64.1оС 
268,6 кДж/кг;
конденсатор 
29°С
121,4кДж/кг.
Соседние файлы в папке Часть 3
- #
- #
- #
Размер: 3070х3995 пикселей
Форматы: .PDF, .JPG
Диаграмма цветная — степени сухости, температура, давление и объем выделены разными цветами, что делает работу с диаграммой очень удобной.
Большой размер позволит распечатать диаграмму на формате А3 и больше.
is-диаграмма применяется для практических расчетов процессов водяного пара. На ней теплота и энтальпия измеряются линейными отрезками.
is-диаграмма обладает рядом важных свойств: по ней можно быстро определить параметры пара и разность энтальпий в виде отрезков, наглядно изобразить адиабатный процесс, и решать другие задачи.
Так же вы можете использовать очень удобную и наглядную программу.
Описание is-диаграммы
На is-диаграмме изображены термодинамические процессы:
- Изобарный процесс (p = const) — фиолетовые линии (изобары),
- Изотермический процесс (t = const) — зеленые линии (изотермы),
- Изохорный процесс (v = const) — красные линии (изохоры).
Степень сухости и паросодержание (х) — розовые линии. Жирная розовая линия — степень сухости х=1. Все что ниже этой линии — зона влажного пара.
Подробнее о термодинамических процессах читайте в статье «Основные термодинамические процессы»
Ось «Х» — энтропия, ось «Y» — энтальпия.
Семейство изобар в области насыщения представляет собой пучок расходящихся прямых, начинающихся на нижней и оканчивающихся на верхней пограничной кривой. Чем больше давление, тем выше лежит соответствующая изобара. Переход изобар из области влажного насыщенного в область перегретого пара происходит без перелома на верхней пограничной кривой.
В i, s-диаграмме водяного пара наносятся также линии постоянного паросодержания (x = const) и линии постоянного удельного объема (v = const). Изохоры идут несколько круче, чем изобары.
Состояние перегретого пара обычно определяется в технике давлением p и температурой t. Точка, изображающая это состояние, находится на пересечении соответствующей изобары и изотермы. Состояние влажного насыщенного пара определяется давлением p и паросодержанием x.
Точка, изображающее это состояние, определяется пересечением изобары и линии x = const.
Как пользоваться is-диаграммой
Для описания воспользуемся небольшой задачей. Возьмем с потолка условие.
Пусть начальные параметры пара будут: давление пара р = 120 бар, температура пара t = 550°С. Пар адиабатно расширяется в турбине до температуры, например, 400 °С.
Для примера этого будет достаточно.
Адиабатный процесс на is-диаграмме — это вертикальная линия (горизонтальная линия — дросселирование). Это для справки.
Итак, начальное давление и температура у нас есть. Найдем эту точку на is-диаграмме:
Нам нужна изобара, соответствующая давлению 120 бар и изотерма, соответствующая температуре 550 °С. На их пересечении и будет точка, соответствующая начальным параметрам пара в нашей задаче.
Найдя эту точку, мы уже можем определить в ней энтальпию и энтропию. Опустив на оси проекции найденной точки, узнаем значения энтальпии (ось «Y») и энтропии (ось «Х»).
i = ~3480 кДж/кг, S = 6,65 кДж/(кг•К)
Далее нам нужно узнать параметры пара после адиабатного расширения. Мы знаем, что по поставленным нами условиям, пар расширился и его температура в точке 2 = 400 °С. Я уже упоминал, что на is-диаграмме адиабатный процесс изображается в виде вертикальной линии. Проведем эту линию из точки 1 (начальные параметры) до пересечения с изотермой 400 °С.
Получена точка 2. Через эту точку проходит изобара. Она соответствует давлению 50 бар. Энтропия у нас не изменилась, так как процесс адиабатный, а вот энтальпия стала равна i = 3200 кДж/кг.
Вот и все. Дальше остаются только расчеты: определение изменения внутренней энергии (Δu), работы (l, l’) и т. д. Все это считается по формулам (формулы можете найти в статье «Основные термодинамические процессы»), а значения и график процесса расширения пара у вас уже есть.