До настоящего времени объектом наших исследований были идеальные газы, т.е. такие газы, где отсутствуют силы межмолекулярных взаимодействий и пренебрегается размерами молекул. На самом деле размеры молекул и силы межмолекулярных взаимодействий имеют большое значение, особенно при низких температурах и больших давлениях.

Одним из представителей реальных газов, применяемых в практике пожарного дела и широко применяемых в промышленном производстве, является водяной пар.

Водяной пар чрезвычайно широко применяется в различных отраслях промышленности, главным образом в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах и как рабочее тело в паросиловых установках. Это объясняется повсеместным распространением воды, ее дешевизной и безвредностью для здоровья человека.

Имея высокое давление и относительно низкую температуру, пар, используемый на практике близок к состоянию жидкости, поэтому пренебрегать силами сцепления между его молекулами и их объемом, как в идеальных газах, нельзя. Следовательно, не представляется возможным использовать для определения параметров состояния водяного пара уравнения состояния идеальных газов, т. е. для пара pv≠RT, ибо водяной пар есть реальный газ.

Попытки ряда ученых (Ван-дер-Ваальса, Бертло, Клаузиуса и др.) уточнить уравнения состояния реальных газов путем введения поправок в уравнение состояния для идеальных газов не увенчались успехом, так как эти поправки относились только к объему и силам сцепления между молекулами реального газа и не учитывали ряда других физических явлений, происходящих в этих газах.

Особую роль играет уравнение, предложенное Ван-дер-Ваальсом в 1873 г., (P + a/ v 2)( v - b) = RT . Являясь приближенным при количественных расчетах, уравнение Ван-дер-Ваальса качественно хорошо отображает физические особенности газов, так как позволяет описать общую картину изменения состояния вещества с переходом его в отдельные фазовые состояния. В этом уравнении а и в для данного газа являются постоянными величинами, учитывающими: первая - силы взаимодействия, а вторая - размер молекул. Отношение а/v 2 характеризует добавочное давление, под которым находится реальный газ вследствие сил сцепления между молекулами. Величина в учитывает уменьшение объема, в котором движутся молекулы реального газа, вследствие того, что они сами обладают объемом.

Наиболее известны в настоящее время уравнение, разработанное в 1937-1946 гг. американским физиком Дж. Майером и независимо от него советским математиком Н. Н. Боголюбовым, а также уравнение предложенное советскими учеными М. П. Вукаловичем и И. И. Новиковым в 1939 г.

Ввиду громоздкости эти уравнения рассматриваться не будут.

Для водяного пара все параметры состояния для удобства пользования сведены в таблицы и представлены в приложении 7.

Итак, водяным паром называется получающийся из воды реальный газ с относительно высокой критической температурой и близкий к состоянию насыщения.

Рассмотрим процесс превращения жидкости в пар, называемый иначе процессом парообразования . Жидкость может превращаться в пар при испарении и кипении.

Испарением называется парообразование, происходящее только с поверхности жидкости и при любой температуре . Интенсивность испарения зависит от природы жидкости и ее температуры. Испарение жидкости может быть полным, если над жидкостью находится неограниченное пространство. В Природе процесс испарения жидкости осуществляется в гигантских масштабах в любое время года.

Суть процесса испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовое действие соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают из жидкости в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает, так как увеличиваются скорость и энергия молекул и уменьшаются силы их взаимодействия. При испарении температура жидкости снижается, так как из нее вылетают молекулы, обладающие сравнительно большими скоростями, вследствие чего уменьшается средняя скорость оставшихся в ней молекул.

При сообщении жидкости теплоты повышаются ее температура и интенсивность испарения. При некоторой вполне определенной температуре, зависящей от природы жидкости и давления, под которым она находится, начинается парообразование во всей ее массе . При этом устенок сосуда и внутри жидкости образуются пузырьки пара. Это явление называется кипением жидкости. Давление получающегося при этом пара такое же, как и среды, в которой происходит кипение.

Процесс, обратный парообразованию называется конденсацие й . Этот процесс превращения пара в жидкость так же происходит при постоянной температуре, если давление остается постоянным. При конденсации хаотично движущиеся молекулы пара, соприкасаясь с поверхностью жидкости попадают под влияние межмолекулярных сил воды, остаются там, вновь преобразуясь в жидкость. Т.к. молекулы пара имеют большую по сравнению с молекулами жидкости скорость, то при конденсации температура жидкости увеличивается. Жидкость, образующаяся при конденсации пара, называется конденсатом .

Рассмотрим процесс парообразования более подробно.

Переход жидкости в пар имеет три стадии:

1. Нагревание жидкости до температуры кипения.

2. Парообразование.

3. Перегрев пара.

Остановимся на каждой стадии более подробно.

Возьмём цилиндр с поршнем, поместим туда 1 кг воды при температуре 0°С, условно принимая, что удельный объём воды при этой температуре минимален 0.001 м 3 /кг. На поршень положен груз, который вместе с поршнем оказывает на жидкость постоянное давление Р. Этому состоянию соответствует точка 0. Начнём подводить к этому цилиндру тепло.

Рис. 28. График изменения удельного объёма парожидкостной смеси при давлении насыщения P s .

1. Процесс подогрева жидкости . В этом процессе, осуществляемом при постоянном давлении за счёт теплоты, сообщаемой жидкости, происходит её нагрев от 0 °С до температуры кипения t s . Т.к. вода имеет сравнительно небольшой коэффициент термического расширения, то удельный объём жидкости изменится незначительно и увеличится от v 0 до v¢. Этому состоянию соответствует точка 1, а процессу – отрезок 0-1.

2. Процесс парообразования . При дальнейшем подводе тепла вода будет кипеть и переходить в газообразное состояние, т.е. водяной пар. Этому процессу соответствует отрезок 1-2 и увеличение удельного объёма от v¢ до v¢¢. Процесс парообразования происходит не только при постоянном давлении, но и при постоянной температуре, равной температуре кипения. При этом вода в цилиндре будет находиться уже в двух фазах: пара и жидкости. Вода присутствует в виде жидкости, сосредоточенной внизу цилиндра и в виде мельчайших капелек, равномерно распределённой по всему объёму.

Процесс парообразования сопровождается и обратным процессом, называемым конденсацией. Если скорость конденсации станет равной скорости испарения, то в системе наступает динамическое равновесие. Пар в этом состоянии имеет максимальную плотность и называется насыщенным. Следовательно, под насыщенным понимают пар, находящийся в равновесном состоянии с жидкостью, из которой он образуется . Основное свойство этого пара состоит в том, что он имеет температуру, являющуюся функцией его давления, одинакового с давлением той среды, в которой происходит кипение. Поэтому температура кипения иначе называется температурой насыщения и обозначается t н.Давление, соответствующее t н, называется давлением насыщения (обозначается р н или просто p. Пар образуется до тех пор, пока не испарится последняя капля жидкости. Этому моменту будет соответствовать состояние сухого насыщенного (или просто сухого ) пара. Пар, получаемый при неполном испарении жидкости, называется влажным насыщенным паром или просто влажным . Он является смесью сухого пара с капельками жидкости, распространенными равномерно во всей его массе и находящимися в нем во взвешенном состоянии. Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости или массовым паросодержанием и обозначается через х. Массовая доля жидкости во влажном паре называется степенью влажности и обозначается через у. Очевидно, что у = 1 - х. Степень сухости и степень влажности выражают или в долях единицы, или в %: например, если х = 0.95 и у = 1 - х = 0.05, то это означает, что в смеси находится 95% сухого пара и 5% кипящей жидкости.

3. Перегрев пара. При дальнейшем подводе тепла температура пара будет повышаться (соответственно увеличивается удельный объём от v¢¢ до v¢¢¢). Этому состоянию соответствует отрезок 2-3. Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то такой пар называется перегретым . Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара того же давления называется степенью перегрев а .

Поскольку удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного пара (так как р= const, t пер > t н), то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому перегретый пар является ненасыщенным. По своим физическим свойствам перегретый пар приближается к газам и тем больше, чем выше степень его перегрева.

Из опыта найдены положения точек 0 - 2 при других, более высоких давлениях насыщения. Соединив соответствующие точки при различных давлениях, получим диаграмму состояния водяного пара.

Рис. 29. pv – диаграмма состояния водяного пара.

Из анализа диаграммы видно, что по мере увеличения давления удельный объём жидкости уменьшается. На диаграмме этому уменьшению объёма с ростом давления соответствует линия СД. Температура насыщения, и, следовательно, удельный объём увеличиваются, что и продемонстрировано линией АК. Также быстрее происходит испарение воды, что ясно видно из линии ВК. При увеличении давления уменьшается разность между v¢ и v¢¢, постепенно сближаются линии АК и ВК. При некотором вполне определённом для каждого вещества давлении эти линии сходятся в одной точке К, называемой критической. Точка К, одновременно принадлежащая линии жидкости при температуре кипения АК и линии сухого насыщенного пара ВК, соответствует некоторому предельному критическому состоянию вещества, при котором отсутствует различие между паром и жидкостью. Параметры состояния называются критическими и обозначаются Т к, P к, v к. Для воды критические параметры имеют значения: Т к =647.266К, Р к = 22.1145МПа, v к =0.003147 м 3 /кг.

Состояние, в котором могут находиться в равновесии все три фазы воды, называется тройной точкой воды. Для воды: Т 0 = 273.16К, Р 0 = 0.611 кПа, v 0 = 0.001 м 3 /кг. В термодинамике удельные энтальпия, энтропия и внутренняя энергия в тройной точке принимается равной нулю, т.е. i 0 = 0, s 0 = 0, u 0 = 0.

Определим основные параметры водяного пара

1. Подогрев жидкости

Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг жидкости от 0 °С до температуры кипения называется удельнойтеплотой жидкости . Теплота жидкости является функцией давления, принимающей максимальное значение при критическом давлении.

Величина её определяется:

q = с р (t s -t 0) ,

где с р – средняя массовая изобарная теплоёмкость воды в интервале температур от t 0 = 0 °С до t s , берётся по справочным данным

т.е. q = с р t s

Удельная теплота измеряется в Дж/кг

Величина q выражается как

где i¢ - энтальпия воды при температуре кипения;

i - энтальпия воды при 0 °С.

Согласно первому закону термодинамики

i = u 0 + P s v 0 ,

где u 0 – внутренняя энергия при 0 °С.

i¢ = q + u 0 + P s v 0

Примем условно, как и в случае идеальных газов, что u 0 = 0. Тогда

i¢ = q + P s v 0

Эта формула позволяет вычислить величину i¢ по найденным из опыта величинам Р s , v 0 и q.

При невысоких давлениях Р s , когда для воды величина Р s v 0 мала по сравнению с теплотой жидкости, можно приближённо принять

Теплота жидкости с увеличением давления насыщения увеличивается и в критической точке достигает максимальной величины. Учитывая, что i=u+ Pv (1), можно написать следующее выражение для внутренней энергии воды при температуре кипения:

u¢ = i¢ + P s v¢

Изменение энтропии в процессе подогрева жидкости

Допуская, что энтропия воды при 0

Эта формула позволяет вычислить энтальпию жидкости при температуре кипения.

2. Парообразование

Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг жидкости, нагретой до температуры кипения, в сухой насыщенный пар в изобарном процессе называется удельной теплотой парообразования (r) .

Теплота парообразования определяется:

i¢¢ = r + i¢ по найденной из опыта теплоте парообразования и энтальпии воды при температуре кипения i¢. Учитывая (1), можно записать:

r = (u¢¢-u¢)+P s (v¢¢-v¢),

где u¢ и u¢¢ - внутренняя энергия воды при температуре кипения и сухого насыщенного пара. Это уравнение показывает, что теплота парообразования состоит из двух частей. Одна часть (u¢¢-u¢) затрачивается на увеличение внутренней энергии образующегося из воды пара. Она называется внутренней теплотой парообразования и обозначается буквой r. Другая часть P s (v¢¢-v¢) затрачивается на внешнюю работу, совершаемую паром в изобарном процессе кипения воды, и называется внешней теплотой парообразования (y).

Теплота парообразования уменьшается с увеличением давления насыщения и в критической точке равна нулю. Теплота жидкости и теплота парообразования образуют полную теплоту сухого насыщенного пара l¢¢.

Внутренняя энергия сухого насыщенного пара u¢¢ равна

u¢¢=i¢¢-P s v¢¢

Изменение энтропии пара в процессе парообразования определяется выражением

Это выражение позволяет определить энтропию сухого насыщенного пара s¢¢.

Влажный насыщенный пар между граничными величинами удельных объёмов v¢ и v¢¢ состоит из сухого насыщенного пара и воды. Количество сухого насыщенного пара в 1 кг влажного насыщенного пара называется степенью сухости , или паросодержанием . Эта величина называется буквой x . Величина (1-x) называется степенью влажности пара .

Если учесть степень сухости, то удельный объём влажного насыщенного пара v x

v x = v¢¢x + v¢(1-x)

Теплота парообразования r x , энтальпия i x , полная теплота l x , внутренняя энергия u x и энтропия s x для влажного насыщенного пара имеет следующие величины:

r x = rx; i x = i¢ + rx; l x = q + rx; u x = i¢ + rx – p s v s ; s x = s¢ + rx/T s

3. Процесс перегрева пара

Сухой насыщенный пар перегревается при постоянном давлении от температуры кипения t s до заданной температуры t ; при этом удельный объём пара увеличивается от v¢ до v . Количество теплоты, которое затрачивается на перегрев 1 кг сухого насыщенного пара от температуры кипения до данной температуры, называется теплотой пароперегрева. Теплоту пароперегрева можно определить:

где - с p средняя массовая теплоёмкость пара в интервале температур t s – t (определяется по справочным данным).

Для величины q п можно записать

q п = i – i¢ ,

где I – энтальпия перегретого пара.

Для окружающей нас природы водяной пар имеет огромное значение. Он присутствует в атмосфере, используется в технике, служит неотъемлемой составной частью процесса происхождения и развития жизни на Земле.

В учебниках физики говорится, что водяной пар - это Его может наблюдать каждый, поставив чайник на огонь. Через некоторое время из его носика начинает вырываться струя пара. Обусловлено такое явление тем, что вода может находиться в разных, как определяют физики, агрегатных состояниях - газообразном, твердом, жидком. Такие свойства воды и объясняют ее всеобъемлющее присутствие на Земле. На поверхности - в жидком и твердом состоянии, в атмосфере - в газообразном.

Такое свойство воды и последовательный переход ее в разные состояния создают в природе. Жидкость испаряется с поверхности, поднимается в атмосферу, переносится в другое место в виде водяного пара и там выпадает в виде дождя, обеспечивая необходимой влагой новые места.

По сути дела, работает своеобразная паровая машина, источником энергии для которой является Солнце. При рассмотренных процессах водяной пар дополнительно обогревает планету благодаря отражению им теплового излучения Земли обратно к поверхности, вызывая парниковый эффект. Если бы не было такой своеобразной «подушки», то температура на поверхности планеты была бы на 20°С ниже.

В качестве подтверждения изложенного можно вспомнить о солнечных днях зимой и летом. В теплое время года высокая, и атмосфера, как в парнике, согревает Землю, зимой же в солнечную погоду бывают порой самые значительные холода.

Как и все газы, водяной пар обладает определенными свойствами. Одним из параметров, определяющим таковые, будет плотность водяного пара. По определению, это количество водяного пара, содержащегося в одном кубическом метре воздуха. По сути, так определяется последнего.

Количество в воздухе воды постоянно меняется. Оно зависит от температуры, от давления, местности. Содержание влаги в атмосфере - чрезвычайно важный для жизни параметр, и за ним постоянно наблюдают, для чего пользуются специальными приборами - гигрометром и психрометром.

Изменение влажности вызвано тем, что содержание воды в окружающем пространстве изменяется из-за процессов испарения и конденсации. Конденсация - это явление, обратное испарению, в данном случае пар начинает превращаться в жидкость, и она выпадает на поверхность.

При этом в зависимости от окружающей температуры может образоваться туман, роса, иней, гололед.

Когда теплый воздух, воды, соприкасается с холодной землей, образуется роса. В зимнее время, при отрицательных температурах, будет образовываться иней.

Немного другой эффект происходит, когда приходит холодный, или начинает охлаждаться нагретый за день воздух. В этом случае образуется туман.

Если температура поверхности, на которую конденсируется пар, отрицательная, то возникает гололед.

Таким образом, многочисленные природные явления, такие, как туман, роса, иней, гололед, обязаны своим образованием водяному пару, содержащемуся в атмосфере.

В этой связи стоит упомянуть об образовании облаков, которые тоже самым непосредственным образом участвуют в формировании погоды. Вода, испаряясь с поверхности и превращаясь в водяной пар, поднимается вверх. При достижении высоты, где начинается конденсация, она превращается в жидкость, и происходит образование облаков. Они могут быть нескольких типов, но в свете рассматриваемого вопроса важно, что они участвуют в создании парникового эффекта и переносе влаги в новые места.

В изложенном материале показано, что собой представляет водяной пар, описано его влияние на жизненные процессы, происходящие на Земле.

Пар, образующийся над поверхностью кипящей жидкости, называется насыщенным паром. Насыщенный пар может быть сухим или влажным. Сухим насыщенным паром называется такой пар, который, находясь над поверхностью кипящей жидкости, не содержит взвешенных капелек жидкости. Влажным насыщенным паром, или просто влажным паром, называется механическая смесь сухого насыщенного пара и кипящей жидкости.

Водяной пар

Характеристикой влажного пара является его степень сухости х. Степенью сухости называется доля сухого насыщенного пара во влажном паре, т.е. отношение массы сухого насыщенного пара во влажном паре к массе влажного пара. Величина 1–х называется степенью влажности или влажностью влажного насыщенного пара, т.е. массовая доля кипящей жидкости во влажном воздухе. Параметрами, полностью определяющими состояние сухого насыщенного пара или кипящей жидкости, являются температура или давление и степень сухости.

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Водяной пар и его свойства

Водяной пар получают в паровых котлах при постоянном давлении и постоянной температуре. Сначала происходит нагрев воды до температуры кипения(она остается постоянной) или температурой насыщения. . При дальнейшем нагреве кипящая вода превращается в пар и ее температура до полного испарения воды остается постоянной. Кипение есть процесс парообразования во всем объеме жидкости. Испарение — па­рообразование с поверхности жидкости.

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием , а из газообразного состояния в жидкое конденсацией . Количество теплоты, которое необходимо сообщить воде для превра­щения ее из жидкого состояния в парообразный при температуре кипения, называется теплотой испарения .

Количество теплоты необходимое для нагрева 1 кг воды на 1 0 С назы­вается теплоемкостью воды . = 1 ккал/кг. град.

Температура кипения воды зависит от давления (имеются специальные таблицы):

Р абс = 1 кгс/см 2 = 1 атм, t к = 100°С

Р абс = 1,7 кгс/см 2 , t к = 115°С

Р абс = 5 кгс/см 2 , t к = 151°С

Р абс =10 кгс/см 2 , t к = 179°С

Р абс = 14 кгс/см 2 , t к = 195°С

При температуре воды в котельных на выходе 150°С и обратной t во-

ды 70°С каждый кг воды переносит 80 ккал теплоты.

В системах пароснабжения 1 кг воды превращенный в пар переносна около 600 ккал теплоты.

Вода практически не сжимается. Наименьший объем занимает при t= +4°С. При t выше и ниже +4°С объем воды увеличивается. Температура, при которой начинается конденсация избыточного кол-ва водяных паров называется t «точки росы».

Различают пар насыщенный и перегретый. При испарении часть молекул вылетает с поверхности жидкости и образуют над ней пар. Если поддерживать температуру жидкости постоянной, т. е. непрерывно подво­дить к ней теплоту, то число вылетающих молекул будет наростать, при этом из-за хаотичного движения молекул пара, одновременно с образова­нием пара происходит обратный процесс — конденсация при которой часть молекул пара возвращается в жидкость.

Если испарение происходит в закрытом сосуде, то количество пара будет увеличиваться до тех пор, пока не наступит равновесие, т. е. коли­чество жидкости и пара станет постоянным.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью и имеющий одинаковые с ней температуру и давление, называется насыщен­ным паром.

Влажным насыщенным паром , называется пар, в котором имеются ка­пельки котловой воды; насыщенный пар, неимеющий капелек воды назы­вается сухим насыщенным паром .

Доля сухого насыщенного пара во влажном паре называется степенью сухости пара (x). При этом влажность пара будет равна 1 — х. Для сухого насыщенного пара х = 1. Если сообщать теплоту сухому насыщенному па­ру при постоянном давлении, то получается перегретый пар.

Температура перегретого пара выше температуры котловой воды. Получают перегретый пар из сухого насыщенного пара в пароперегревателях, которые устанав­ливаются в газоходах котла.

Применение влажного насыщенного пара не желательно, т. к. при его перемещении по паропроводам возможны гидравлические удары (резкие толчки внутри труб) конденсата, скапливающегося в арматуре, на закруг­лениях и в пониженных местах паропроводов, а также в паровых насосах. Очень опасно резкое снижение давления в паровом котле до атмосферного которое может произойти в результате аварийного нарушения прочности котла, т. к. температура воды до такого изменения давления была выше 100°С, то избыточное количество тепла расходуется на парообразование, которое происходит практически мгновенно.

Водяной пар – газообразное состояние воды

Количество пара резко воз­растает что приводит к мгновенному повышению давления в котле и к серьезным разрушениям. Чем больше объем воды в котле и выше ее тем­пература, тем значительнее последствия таких разрушений. Объем пара в 1700 раз больше объема воды.

Перегретый пар- пар имеющий более высокую температуру, чем насыщенный при том же давлении — влаги не имеет. Перегретый пар получают в специальном устройстве- пароперегревателе, где сухой насыщенный пар нагревается дымовыми газами. В отопительных котельных перегретый пар не используется,поэтому нет пароперегревателя.

Основные свойства насыщенного пара:

1) t насыщ. пара = t кип. воды при данном Р

2) t кип. воды зависит от Рпара в котле

3) насыщенный пар конденсируется.

Основные свойства перегретого пара:

1) перегретый пар на конденсируется

2) t перегретого пара не зависит от давления пара в котле.

(Схема получения пара в паровом котле)(карт на стр 28 не обязательно)

Предыдущая12345678910111213141516Следующая

Водяной пар

Среди реальных газов особое место занимает водяной пар. Он получил весьма широкое распространение во многих областях техники и используется в качестве теплоносителя в энергетических установках. Водяной пар обычно используется при таких давлениях и температурах, когда его необходимо рассматривать как реальный газ. Получить водяной пар можно двумя способами: при испарении и кипении воды.

Испарением называется процесс образования пара из воды, происходящий только со свободной поверхности. Этот процесс протекает при любой температуре. При испарении с поверхности воды отрываются молекулы, имеющие наибольшую кинетическую энергию, и вылетают в окружающее пространство. В результате над жидкостью образуется водяной пар. Интенсивность процесса испарения возрастает при повышении температуры.

Кипение – это процесс образования водяного пара во всем объеме жидкости. При нагревании до определенной температуры внутри жидкости образуются пузырьки пара, которые, соединяясь между собой, вылетают в окружающее пространство. Для того, чтобы пузырек пара мог образоваться и затем расти, необходимо, чтобы процесс парообразования происходил внутри пузырьков, а это возможно только, если кинетическая энергия молекул воды имеет достаточную для этого величину. Так как кинетическая энергия молекул определяется температурой жидкости, следовательно, кипение при данном внешнем давлении может начаться только при вполне определенной температуре. Такая температура называется температурой кипения или температурой насыщения и обозначается t н. Температура кипения при данном давлении остается постоянной, пока вся жидкость не превратиться в пар.

Пар, образующийся над поверхностью кипящей жидкости, называется насыщенным паром. Насыщенный пар может быть сухим или влажным. Сухим насыщенным паром называется такой пар, который, находясь над поверхностью кипящей жидкости, не содержит взвешенных капелек жидкости. Влажным насыщенным паром, или просто влажным паром, называется механическая смесь сухого насыщенного пара и кипящей жидкости. Характеристикой влажного пара является его степень сухости х. Степенью сухости называется доля сухого насыщенного пара во влажном паре, т.е.

32 Водяной пар Основные понятия и определения

отношение массы сухого насыщенного пара во влажном паре к массе влажного пара. Величина 1–х называется степенью влажности или влажностью влажного насыщенного пара, т.е. массовая доля кипящей жидкости во влажном воздухе. Параметрами, полностью определяющими состояние сухого насыщенного пара или кипящей жидкости, являются температура или давление и степень сухости.

Если к сухому насыщенному пару при отсутствии кипящей жидкости подводить тепло при том же давлении, что и давление сухого насыщенного пара, то он будет переходить в перегретый пар. Температура его начнет повышаться. Перегретым паром называется пар, имеющий более высокую температуру при данном давлении, чем сухой насыщенный пар. Температура перегретого пара обозначается буквой t, а разность температур t–t н называют степенью перегрева, или перегревом пара. С ростом перегрева пара его объем будет увеличиваться, будет расти расстояние между молекулами и, следовательно, уменьшаться силы взаимного притяжения, т.е. перегретый пар при высоких степенях перегрева будет приближаться по своим свойствам к идеальному газу. Параметрами, определяющими состояние перегретого пара, будут давление и температура (или удельный объем).

Процесс, обратный парообразованию, т.е. процесс перехода пара в жидкость, называется процессом конденсации.

Процесс получения перегретого пара можно разбить на три стадии:

1) подогрев воды до температуры кипения;

2) испарение кипящей воды и образование сухого насыщенного пара;

3) перегрев сухого насыщенного пара.

При этом состояние сухого насыщенного пара будет крайне неустойчивым, так как совершенно незначительное увеличение или уменьшение температуры вызовет перегрев пара либо его конденсацию.

Предыдущая123456789101112Следующая

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Водяной пар

Среди реальных газов особое место занимает водяной пар. Он получил весьма широкое распространение во многих областях техники и используется в качестве теплоносителя в энергетических установках. Водяной пар обычно используется при таких давлениях и температурах, когда его необходимо рассматривать как реальный газ. Получить водяной пар можно двумя способами: при испарении и кипении воды.

Испарением называется процесс образования пара из воды, происходящий только со свободной поверхности. Этот процесс протекает при любой температуре. При испарении с поверхности воды отрываются молекулы, имеющие наибольшую кинетическую энергию, и вылетают в окружающее пространство. В результате над жидкостью образуется водяной пар. Интенсивность процесса испарения возрастает при повышении температуры.

Кипение – это процесс образования водяного пара во всем объеме жидкости. При нагревании до определенной температуры внутри жидкости образуются пузырьки пара, которые, соединяясь между собой, вылетают в окружающее пространство. Для того, чтобы пузырек пара мог образоваться и затем расти, необходимо, чтобы процесс парообразования происходил внутри пузырьков, а это возможно только, если кинетическая энергия молекул воды имеет достаточную для этого величину. Так как кинетическая энергия молекул определяется температурой жидкости, следовательно, кипение при данном внешнем давлении может начаться только при вполне определенной температуре. Такая температура называется температурой кипения или температурой насыщения и обозначается t н. Температура кипения при данном давлении остается постоянной, пока вся жидкость не превратиться в пар.

Пар, образующийся над поверхностью кипящей жидкости, называется насыщенным паром. Насыщенный пар может быть сухим или влажным. Сухим насыщенным паром называется такой пар, который, находясь над поверхностью кипящей жидкости, не содержит взвешенных капелек жидкости.

Что такое водяной пар?

Влажным насыщенным паром, или просто влажным паром, называется механическая смесь сухого насыщенного пара и кипящей жидкости. Характеристикой влажного пара является его степень сухости х. Степенью сухости называется доля сухого насыщенного пара во влажном паре, т.е. отношение массы сухого насыщенного пара во влажном паре к массе влажного пара. Величина 1–х называется степенью влажности или влажностью влажного насыщенного пара, т.е. массовая доля кипящей жидкости во влажном воздухе. Параметрами, полностью определяющими состояние сухого насыщенного пара или кипящей жидкости, являются температура или давление и степень сухости.

Если к сухому насыщенному пару при отсутствии кипящей жидкости подводить тепло при том же давлении, что и давление сухого насыщенного пара, то он будет переходить в перегретый пар.

Температура его начнет повышаться. Перегретым паром называется пар, имеющий более высокую температуру при данном давлении, чем сухой насыщенный пар. Температура перегретого пара обозначается буквой t, а разность температур t–t н называют степенью перегрева, или перегревом пара. С ростом перегрева пара его объем будет увеличиваться, будет расти расстояние между молекулами и, следовательно, уменьшаться силы взаимного притяжения, т.е.

перегретый пар при высоких степенях перегрева будет приближаться по своим свойствам к идеальному газу. Параметрами, определяющими состояние перегретого пара, будут давление и температура (или удельный объем).

Процесс, обратный парообразованию, т.е. процесс перехода пара в жидкость, называется процессом конденсации.

Процесс получения перегретого пара можно разбить на три стадии:

1) подогрев воды до температуры кипения;

2) испарение кипящей воды и образование сухого насыщенного пара;

3) перегрев сухого насыщенного пара.

При этом состояние сухого насыщенного пара будет крайне неустойчивым, так как совершенно незначительное увеличение или уменьшение температуры вызовет перегрев пара либо его конденсацию.

Предыдущая123456789101112Следующая

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Свойства водяного пара

В качестве реального газа рассмот­рим водяной пар, который широко ис­пользуется во многих отраслях техники, и, прежде всего в теплоэнергетике, где он является основным рабочим телом. По­этому исследование термодинамических свойств воды и водяного пара имеет большое практическое значение.

Во всех областях промышленного производства получили большое применение пары различных веществ: воды, аммиака, углекислоты и др. Из них наибольшее распространение получил водяной пар, яв­ляющийся рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках и т. п.

Процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообраз­ное называется парообразованием. Испарением называется парообра­зование, которое происходит всегда при любой температуре со свобод­ной поверхности жидкости или твердого тела. Процесс испарения за­ключается в том, что отдельные молекулы с большими скоростями преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают в окружающее пространство. Интенсивность испарения возрастает с увеличением температуры жидкости.

Процесс кипения заключается в том, что если к жидкости подводить теплоту, то при некоторой температуре, зависящей от физических свойств рабочего тела и давления, наступает процесс парообразования как на свободной поверхности жидкости, так и внутри её.

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое называется конденсацией. Процесс конденсации, так же как и процесс парообразования, протекает при постоянной температуре, если при этом давление не меняется. Жидкость, полученную при конденсации пара, называют конденсатом.

Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар назы­вается сублимацией. Обратный процесс перехода пара в твердое состоя­ние называется десублимацией.

Процесс парообразования. Основные понятия и определения. Рассмотрим про­цесс получения пара. Для этого 1 кг во­ды при температуре О °С поместим в ци­линдр с подвижным поршнем. Приложим к поршню извне некоторую постоянную силу Р. Тогда при площади поршня Fдавление будет постоянным и равным р = Р/F. Изобразим процесс парообразо­вания, т. е. превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, в р,v диаграмме (рис.14).

Рис. 14. Процесс парообразования в pv- диаграмме

Начальное состояние воды, находя­щейся под давлением р и имеющей тем­пературу 0 °С, изобразится на диаграм­ме точками a 1 , a 2 , a 3. При подводе теплоты к воде ее температура постепенно повышается до тех пор, пока не достигнет температу­ры кипения t s , соответствующей данному давлению. При этом удельный объем жидкости сначала уменьшается, дости­гает минимального значения при t = 4°С, а затем начинает возрастать. (Такой аномалией - увеличением плот­ности при нагревании в некотором диа­пазоне температур - обладают немногие жидкости). У большинства жидкостей удельный объем при нагревании увели­чивается монотонно.) Состояние жидко­сти, доведенной до температуры кипения, изображается на диаграмме точками b 1 , b 2 , b 3 .

При дальнейшем подводе теплоты начинается кипение воды с сильным увеличением объема. В цилиндре теперь на­ходится двухфазная среда - смесь воды и пара, называемая влажным насы­щенным паром. Насыщенным называется пар, находящийся в термическом и динамиче­ском равновесии с жидкостью, из кото­рой он образуется. Динамическое равно­весие заключается в том, что количество молекул, вылетающих из воды в паровое пространство, равно количеству молекул, конденсирующихся на ее поверхности. В паровом пространстве при этом равно­весном состоянии находится максималь­но возможное при данной температуре число молекул. При увеличении темпера­туры количество молекул, обладающих энергией, достаточной для вылета в па­ровое пространство, увеличивается. Рав­новесие восстанавливается за счет воз­растания давления пара, которое ведет к увеличению его плотности и, следова­тельно, количества молекул, в единицу времени конденсирующихся на поверхности воды. Отсюда следует, что давление насыщенного пара является монотонно возрастающей функцией его температу­ры, или, что то же самое, температура насыщенного пара есть монотонно воз­растающая функция его давления.

При увеличении объема над повер­хностью жидкости, имеющей температу­ру насыщения, некоторое количество жидкости переходит в пар, при уменьше­нии объема «излишний» пар снова пере­ходит в жидкость, но в обоих случаях давление пара остается постоянным.

Если парообразование жидкости происходит в неограниченном пространстве, то вся она может превратиться в пар. Если же паро­образование жидкости происходит в закрытом сосуде, то вылетающие из жидкости молекулы заполняют свободное пространство над ней, при этом часть молекул, движущихся в паровом пространстве над по­верхностью, возвращается обратно в жидкость. В некоторый момент между парообразованием и обратным переходом молекул из пара в жидкость может наступить равенство, при котором число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающихся обратно в жидкость. В этот момент в пространстве над жидкостью бу­дет находиться максимально возможное количество молекул. Пар в этом состоянии принимает максимальную плотность при данной тем­пературе и называется насыщенным.

Таким образом, пар, соприкасающийся с жидкостью и находящий­ся в термическом с ней равновесии, называется насыщенным.

Вода, водяной пар и их свойства

С изме­нением температуры жидкости равновесие нарушается, вызывая со­ответствующее изменение плотности и давления насыщенного пара.

Двухфазная смесь, представляющая собой пар с взвешенными в нем капель­ками жидкости, называется влажным насыщенным паром . Таким образом, влажный насыщенный водяной пар можно рассматривать как смесь сухого насыщенного пара с мельчайши­ми капельками воды, взвешенными в его массе.

Массовая до­ля сухого насыщенного пара во влажном называется степенью сухости па­ра и обозначается буквой х. Массовая доля кипящей воды во влажном паре, равная 1-х, называется степенью влажности. Для кипящей жидкости x = 0, а для сухого насыщенного пара х= 1. Состояние влажного пара характе­ризуется двумя параметрами: давлением (или температурой насыщения t s , опре­деляющей это давление) и степенью су­хости пара.

По мере подвода теплоты количество жидкой фазы умень­шается, а паровой - растет. Температу­ра смеси при этом остается неизменной и равной t s , так как вся теплота расходу­ется на испарение жидкой фазы. Следо­вательно, процесс парообразования на этой стадии является изобарно-изотермическим. Наконец, последняя капля во­ды превращается в пар, и цилиндр ока­зывается заполненным только паром, ко­торый называется сухим насыщен­ным.

Насыщенный пар, в котором отсут­ствуют взвешенные частицы жидкой фа­зы, называется сухим насыщенным паром. Его удельный объем, и темпера­тура являются функциями давления. По­этому состояние сухого пара можно за­дать любым из параметров - давлением, удельным объемом или температурой.

Состояние его изображается точ­ками c 1 , с 2 , с 3 .

Точками изображается перегретый пар. При сообщении сухому пару теплоты при том же давлении его температура будет увеличиваться, пар будет перегре­ваться. Точка d (d 1 , d 2 , d 3) изображает состояние перегретого пара и в зависимости от температуры пара может лежать на разных расстояниях от точки c.

Таким образом, перегретым называется пар, температура которого превышает температуру насыщенного пара того же давления.

Так как удельный объем перегретого пара при том же давлении больше, чем насыщенного, то в единице объема пере­гретого пара содержится меньшее коли­чество молекул, значит, он обладает меньшей плотностью. Состояние перегретого пара, как и любого газа, определя­ется двумя любыми независимыми пара­метрами.

Процесс получения сухого насыщенного пара при постоянном давлении изображается в общем случае графиком abc, а перегретого пара в общем случае - графиком abсd, при этом ab - процесс подогрева воды до температуры кипения, bс - процесс парообразования, протекающий одновременно при постоянном давлении и при постоянной температуре, т. е. процесс bс являет­ся изобарным и одновременно изотермическим и, наконец, cd - процесс перегрева пара при постоянном давлении, но при воз­растающей температуре. Между точками b и с находится влаж­ный пар с различными промежуточными значениями степени сухости.

Кривая I холодной воды изображается линией, параллельной оси ординат, если исходить из предположения, что вода несжи­маема и, следовательно, удельный объем воды почти не зависит от давления. Кривую II называют нижней пограничной кривой, или кривой жидкости, а кривую III - верх­ней пограничной кривой, или кривой сухого насыщенного пара. Кривая II отделяет на диаграмме область жидкости от области насыщенных паров, а кривая III - область насыщенных от области перегретых паров.

Точки а 1 , а 2 и а 3 , изображающие состояние 1 кг холодной воды при температуре 0°С и разных давлениях, располагаются прак­тически на одной вертикали. Точки b 1 , b 2 и b 3 с увеличением дав­ления смещаются вправо, так как при этом соответственно уве­личиваются также температуры кипения t H и, следовательно, удельные объемы кипящей воды. Точки c 1 , с 2 и с 3 смещаются влево, так с увеличением давления удельный объем пара умень­шается несмотря на возрастание температуры.

Из pv -диаграммы видно, что с повышением давления точки b 1 , b 2 и b 3 и c 1 с 2 и с 3 сближаются, т. е. постепенно уменьшается разность удельных объемов сухого насыщенного пара и кипящей воды (отрезки bc). Наконец, при некотором давлении эта раз­ность становится равной нулю, т. е. точки б и с совпадают, а ли­нии II и III сходятся. Точка встречи обеих кривых называется критической точкой и обозначается буквой k. Состояние, соответствующее точке k, называется критическим со­стоянием.

Параметры водяного пара критического состояния следую­щие: давление р к = 225,65 ата; температура t = 374,15° С, удель­ный объем v K = 0,00326 м 3 /кг.

В критической точке кипящая вода и пар имеют одинаковые параметры состояния, а изменение агрегатного состояния не сопровождается изменением объема. Иными словами, в крити­ческом состоянии исчезает условная граница, разделяющая эти две фазы вещества. При температурах, выше критической (t > t K), никаким повышением давления перегретый пар (газ) не может быть обращен в жидкость.

Критическая температура - это мак­симально возможная температура сосу­ществования двух фаз: жидкости и на­сыщенного пара. При температурах, больших критической, возможно су­ществование только одной фазы. Назва­ние этой фазы (жидкость или перегретый пар) в какой-то степени условно и определяется обычно ее температурой. Все газы являются сильно перегретыми сверх T кр парами. Чем выше температура перегрева (при данном давлении), тем ближе пар по своим свойствам к идеаль­ному газу.

Предыдущая16171819202122232425262728293031Следующая

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Больше интересных статей:

8.3. Устройство и работа котла КВ-ГМ-10-150

Котлы водогрейные газомазутные КВ-ГМ-10-150, КВ-ГМ-20-150, КВ-ГМ-30-150 предназначены для нагрева воды систем теплоснабжения до 150 °С, выполнены в горизонтальной компоновке и имеют топочную камеру с горизонтальным потоком топочных газов и конвективную шахту, по которым топочные газы идут снизу вверх. Котлы поставляются двумя транспортабельными блоками, имеют одинаковую конструкцию и отличаются лишь глубиной топочной камеры и конвективной шахты. Ширина между осями труб боковых экранов составляет 2580 мм. В табл. 8.1 приведены технические характеристики, а на рис. 8.2 – профиль котлов КВ-ГМ-10 (-20, -30).

Рис. 8.2. Продольный разрез водогрейных котлов КВ-ГМ-10 (-20, -30)

Таблица 8.1

	Характеристика котла
	Теплопроизводительность, Гкал/ч, МВт
	КПД, %: на газе / на мазуте
	Расход топлива: газ, м 3 /ч / мазут, кг/ч
	Расход воды, т/ч
	Радиационная поверхность,
	Конвективная поверхность,
	Температура уходящих газов: газ/мазут
	Гидравлическое сопротивле- ние, кгс/см 2
	Глубина топки L 1 , мм
	Глубина конвективной шах-
	Длина котла L 3 , мм
	Общая длина котла L 4 , мм

Топочная камера (топочный блок) полностью экранирована трубами диаметром 60 × 3 мм с шагом 64 мм, которые образуют:

Левый и правый боковые экраны топки – вертикальные трубы, приваренные к нижним и верхним коллекторам;

Передний (фронтовой) экран – изогнутые трубы, которые экранируют фронт и под (низ) топки; трубы приварены к переднему (фронтовому) и дальнему (подовому) коллекторам; передний (фронтовой) коллектор расположен ближе к поду, а над ним установлена горелка;

Промежуточный (поворотный) экран – вертикально-изогнутые трубы, установленные в два ряда, которые приварены к верхнему и нижнему коллекторам и выполнены в виде газоплотного экрана; поворотный экран не доходит до потолка топки, оставляя окно для прохода топочных газов из топки в камеру догорания.

Конвективный блок (шахта) имеет:

Фестонный экран – вертикально-изогнутые трубы, приваренные к верхнему и нижнему коллекторам, причем в верхней части трубы выполнены в виде газоплотного цельносварного экрана, а в нижней части стены трубы разведены в четырехрядный фестон; фестонный экран является одновременно задним экраном топки;

Заднюю стенку – вертикальные трубы, приваренные к верхнему и нижнему коллекторам;

Левую и правую боковые стенки шахты – вертикальные стояки (трубы диметром 83 × 3,5 мм, установленные с шагом 128 мм), приваренные к верхним и нижним коллекторам, а в эти стояки вварены три пакета горизонтально расположенных U-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28 × 3 мм.

На фронтовой стенке топки устанавливается одна газомазутная горелка РГМГ. Между промежуточным (поворотным) экраном топки и фестонным экраном расположена камера догорания. В соответствующих местах верхних и нижних коллекторов экранов топки и стенок конвективной шахты установлены заглушки (перегородки) для обеспечения многоходового движения воды по трубам – вверх, вниз и так далее. Для поддержания скоростей движения в пределах 0,9…1,9 м/с каждый тип котла имеет раз- личное число ходов воды.

Трубы задней стенки шахты имеют диаметр 60 × 3 мм и установлены с шагом 64 мм, а трубы фестонного экрана – диаметр 60 × 3 мм и установлены с шагом s 1 = 256 мм и s 2 = 180 мм. Все коллекторы и перепускные трубы котла имеют диаметр 219 × 10 мм. Все верхние коллекторы топки и конвективной шахты имеют воздушники для выпуска воздуха (при заполнении котла водой), а нижние – спускные вентили.

Газовоздушный тракт. Топливо и воздух подаются в горелку, а в топке образуется факел горения.

Теплота от топочных газов в топке передается всем экранным трубам (радиационным поверхностям нагрева), а от труб теплота передается воде, циркулирующей по экранам. Из топки, огибая сверху промежуточный (поворотный) газоплотный экран, топочные газы входят в камеру догорания, затем внизу проходят четырехрядный фестон, попадают в конвективную шахту, где теплота передается воде, циркулирующей по пакетам секций (ширм) и, пройдя шахту снизу вверх, топочные газы дымососом удаляются в дымовую трубу и в атмосферу.

Для удаления загрязнений и отложений с наружной поверхности труб конвективной шахты котлы оборудуются дробеочисткой, использующей чугунную дробь, которая подается в конвективную шахту.

Движение воды в котле КВ-ГМ-10-150 показано на рис. 8.3.

Обратная сетевая вода с температурой 70 °С сетевым насосом подается в дальнюю (от фронта) часть нижнего коллектора левого бокового топочного экрана и распределяется по нему до заглушки.

После ряда подъемно-опускных движений по левому боковому экрану вода из нижнего коллектора по перепускной трубе переходит в фронтовой верхний коллектор переднего (фронтового) экрана.

Рис. 8.3. Схема циркуляции воды в котле КВ-ГМ-10-150 (КВ-ГМ-11,6-150):

По левой стороне фронтового и подового экрана вода поступает в нижний, дальний коллектор, откуда после ряда подъемно-опускных движений по правой стороне экрана вновь возвращается в фронтовой верхний коллектор. По перепускной трубе вода поступает в нижний коллектор правого бокового топочного экрана и после ряда подъемно-опускных движений по нему, из нижнего коллектора, по перепускной трубе, переходит в нижний коллектор поворотного (промежуточного) экрана. После ряда подъемно-опускных движений по промежуточному экрану вода из нижнего коллектора, по перепускной трубе переходит в нижний коллектор фестонного экрана, проходит его, поднимаясь и опускаясь, и из верхнего коллектора фестонного экрана поступает в верхний коллектор правой боковой стены конвективной шахты.

По стоякам и U-образным пакетам секций вода проходит сверху вниз правую боковую стенку шахты и из нижнего коллектора переходит в нижний коллектор задней стены конвективной шахты. После ряда подъемно-опускных движений из верхнего коллектора заднего экрана вода переходит в верхний коллектор левой боковой стены конвективной шахты и, проходя по стоякам и U-образным ширмам сверху вниз, вода из нижнего коллектора с температурой 150°С идет в теплосеть.

Движение воды в водогрейном газомазутном котле КВ-ГМ-20-150 показано на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Схема циркуляции воды в котле КВ-ГМ-20-150 (КВ-ГМ-23,3-150):

– нижние коллекторы; – верхние коллекторы

Рис. 8.5. Схема циркуляции воды в котле КВ-ГМ-30-150 (КВ-ГМ-35-150):

– нижние коллекторы; – верхние коллекторы

Движение воды в водогрейном газомазутном котле КВ-ГМ-30-150 показано на рис. 8.5.

Обмуровка всех котлов облегченная, закрепляемая на трубах. Кирпичная кладка имеется лишь под трубами подового экрана и на фронтовой стене, в которой выкладывается амбразура для горелки.

8.4. Устройство и работа котла КВ-ГМ-50-150

Котел водогрейный газомазутный КВ-ГМ-50-150, теплопроизводительностью 50 Гкал/ч (58 МВт), предназначен для нагрева воды систем теплоснабжения до 150 °С и может быть использован как в отопительном основном режиме – 70…150, так и в пиковом – 100…150 °С. Теплогенератор имеет П-образную компоновку, включающую топочный и конвективный блоки. Котел КВ-ГМ-100-150 имеет аналогичную конструкцию и отличаются лишь глубиной топочной и конвективной шахты, а ширина обоих котлов по осям колонн – 5700 мм.

Котлы рассчитаны на рабочее давление воды 2,5 МПа (25 кгс/см 2).

В табл. 8.30, 8.33 приведены технические характеристики и комплектация котлов КВ-ГМ-50, КВ-ГМ-100, а на рис. 8.6 представлен профиль котла КВ-ГМ-100.

Топочная камера экранирована трубами диаметром 60 × 3 мм с шагом 64 мм, которые соответственно образуют:

Передний (фронтовой) экран – вертикальные трубы, приваренные к верхнему, нижнему, а также двум (верхнему и нижнему) промежуточным коллекторам; промежуточные коллекторы по краям соединены между собой перепускными трубами, а между коллекторами установлены горелки;

Левый боковой экран – вертикально-изогнутые трубы, приваренные к верхнему и нижнему коллекторам, которые экранируют левую боковую стенку и потолок топки до середины, причем верхний коллектор длиннее нижнего на 1/3 и эта удлиненная часть коллектора находится в конвективной шахте, являясь одновременно верхним коллектором бокового экрана конвективной поверхности нагрева;

Правый боковой экран – выполнен аналогично левому;

Промежуточный экран – вертикальные (укороченные) трубы, приваренные к верхнему и нижнему коллекторам, которые выполнены в виде газоплотного экрана, разделяющего топку от конвективной шахты; причем промежуточный экран не доходит до потолка топки, оставляя окно для прохода топочных газов из топки в конвективную шахту.

В соответствующих местах верхнего и нижнего коллекторов боковых топочных экранов установлены заглушки для обеспечения многоходового движения воды по экранным трубам – вниз и вверх.

Конвективный блок (конвективная шахта) имеет:

Правую боковую стенку шахты – вертикальные стояки-трубы диметром 83 × 3,5 мм, установленные с шагом 128 мм, приваренные к верхним и промежуточным коллекторам, а в эти стояки вварены три пакета горизонтально расположенных U-образных ширм, выполненных из труб диаметром 28 × 3 мм; кроме того, все стояки сдвинуты относительно друг друга поперек продольной оси экрана на 64 мм, что обеспечивает размещение U-образных пакетов ширм в виде гребенок – в шахматном порядке с ша- гом s 1 = 64 и s 2 = 40 мм;

Правый потолочный экран конвективной шахты – изогнутые трубы, которые экранируют правую стенку и потолок до середины конвективной шахты, и приварены соответственно к промежуточному и верхнему коллекторам конвективной шахты;

Левую боковую стенку и левый потолочный экран конвективной шахты – выполнены аналогично правой стенки;

Заднюю стенку – вертикальные трубы диаметром 60 × 3 мм, установленные с шагом 64 мм, которые приварены к верхнему и нижнему коллекторам задней стенки шахты.

Все экранные трубы топки и стояки конвективной шахты приварены непосредственно к коллекторам-камерам диаметром 273 × 11 мм. Все верхние коллекторы топки и конвективной шахты имеют воздушники для выпуска воздуха, а нижние – спускные вентили.

Котлы не имеют каркаса. Обмуровка котла облегченная, натрубная, толщиной 110 мм, состоит из трех слоев: шамотобетона, совелитовых плит, минераловатных матрацев и магнезиальной обмазки.

Взрывные предохранительные клапаны установлены на потолке топочной камеры. Нижние коллекторы фронтового, промежуточного и заднего экранов, а также боковых стен конвективной шахты опираются на портал. Опора, расположенная в середине нижнего коллектора промежуточного экрана, является неподвижной, а остальные опоры – скользящие. На фронтовой стенке котлов КВ-ГМ-50 установлены две газомазутные горелки с ротационными форсунками, на котлах КВ-ГМ-100 – три такие же горелки, причем третья горелка размещается во втором ряду сверху – на верхнем ярусе.

Газовоздушный тракт. Топливо и воздух подаются в горелки, а в топке образуется факел горения.

Теплота от топочных газов в топке, за счет радиационного и конвективного теплообмена, передается всем экранным трубам (радиационным поверхностям нагрева), и от труб теплота передается воде, циркулирующей по экранам. Из топки, огибая сверху промежуточный газоплотный экран, топочные газы входят в конвективную шахту, где теплота передается воде, циркулирующей по пакетам секций (ширм), и, пройдя шахту сверху вниз, топочные газы дымососом удаляются в дымовую трубу, а затем в атмосферу.

Для удаления загрязнений, летучей сажи и отложений с наружной поверхности труб конвективной шахты котлы оборудуются очистительной установкой, использующей чугунную дробь, которая подается в конвективную шахту сверху – дробеочистка.

Принудительная циркуляция воды в котле возможна в основном (70…150 °С) и пиковом (100…150 °С) режимах работы, которые представлены на рис. 6.5.

Контуры принудительной циркуляции воды. Основной режим движения воды представлен на рис. 8.4, а .

Рис. 8.6. Схема движения воды в котле КВ-ГМ-50-150:

а – основной режим; б – пиковый режим;

1 , 2 , 3 – фронтовой, боковые и промежуточный экраны топки; 4 – потолочный экран конвективной шахты; 5 – боковые стенки, стояки и пакеты U-образных ширм конвективной шахты; 6 – задняя стенка шахты;

– верхние; – промежуточные; – нижние коллекторы

Обратная сетевая вода с температурой 70 °С сетевым насосом подается в нижний коллектор фронтового (переднего) экрана, затем поднимается по трубам до нижнего промежуточного коллектора, по перепускным трубам переходит в верхний промежуточный коллектор, откуда по экранным трубам вода поступает в верхний коллектор фронтового экрана. Двумя потоками по перепускным трубам вода переходит в верхние коллекторы левого и правого боковых экранов, распределяется по коллекторам до заглушек, откуда по ближней (относительно фронта котла) части экранных труб опускается в нижние коллекторы боковых экранов и проходит по ним до заглушек.

После многоходового движения воды по экранным трубам боковых экранов, из верхних коллекторов боковых экранов, двумя потоками по перепускным трубам, вода переходит в верхние коллекторы промежуточного экрана, проходит через экран сверху вниз. Из нижнего коллектора промежуточного экрана, двумя потоками по перепускным трубам, вода переходит в нижние коллекторы боковых стен конвективной шахты. Далее пройдя стояки и три конвективных U -образных пакета секций (ширм) снизу вверх, вода поступает вначале в промежуточный коллектор, а затем по экранным изогнутым трубам переходит в верхние коллекторы конвективной шахты.

Из верхних коллекторов конвективной шахты, двумя потоками по перепускным трубам, вода переходит в верхние коллекторы задней стенки шахты, проходит по трубам сверху вниз до нижнего коллектора задней стенки, откуда нагретая до 150 °С вода идет в теплосеть.

Пиковый режим (рис. 8.4, б ). Обратная сетевая вода с температурой 100…105 °С сетевым насосом подается в котел двумя потоками: один в нижний коллектор фронтового топочного экрана, а другой в нижний коллектор задней стенки конвективной шахты. Первый поток проходит фронтовой экран (через промежуточные коллекторы) и из верхнего коллектора по перепускным трубам переходит в верхние коллекторы боковых экранов топки. Выполняя многоходовое движение воды по экранным трубам, вода из верхних коллекторов боковых экранов переходит в промежуточный экран, опускается по трубам вниз и из нижнего коллектора идет в теплосеть с температурой 150 °С.

Второй поток воды поднимается по трубам задней стенки конвективной шахты и из верхнего коллектора двумя потоками переходит в верхние коллекторы боковых экранов конвективной шахты. Опускаясь, вода проходит боковые экраны конвективной шахты, промежуточные коллекторы, а затем по стоякам вода проходит три пакета конвективных U-образных пакета секций (ширм), и из нижних коллекторов боковых стен шахты вода идет в теплосеть с температурой 150 °С.

Лекция 7

9. Хвостовые поверхности нагрева

9.1. Коррозия поверхностей нагрева

Внутри труб происходит нагрев воды, парообразование, в связи с этим возможна коррозия от газов, растворенных в воде, а также отложение накипи на стенках труб. С наружной стороны поверхностей нагрева проходит процесс горения топлива, а также износ, загрязнение летучей золой и сажей. Очистку внешних поверхностей нагрева производят паром или сжатым воздухом с помощью обдувочных устройств.

Обдувочный аппарат представляет собой трубопровод с отверстиями или соплами, который подводится в газоходы котла, вращается вокруг оси, а пар или сжатый воздух, выходя с высокой скоростью, очищает внешние поверхности. Обдувку поверхностей нагрева котлов и экономайзеров необходимо начинать с обдувочного устройства, расположенного ближе к топке, и дальнейшую обдувку проводить по ходу газов и при полностью открытых лопатках направляющего аппарата дымососа, строго следя за тягой. Давление пара в обдувочном аппарате должно быть не менее 0,75 МПа (7,5 кг/см 2), а время обдувки не более 2 мин.

Высокотемпературная коррозия образуется при сжигании топлива, когда в продуктах сгорания имеются продукты (окислы) ванадия, отрицательно действующие на металл экранных труб и пароперегревателя. Для снижения этой коррозии необходимо сжигать топливо (обычно мазут) с меньшим коэффициентом избытка воздуха. Эту коррозию называют ванадиевой и ей подвержены экранные трубы топки.

Низкотемпературная коррозия образуется в результате конденсации капелек влаги (водяных паров) из продуктов сгорания (дымовых газов), т.е. образуется эффект точки «росы». Обычно эта температура зависит от вида сжигаемого топлива, состава продуктов сгорания и составляет + 65 °С при работе котлов на природном газе или малосернистом мазуте и + 90...110 °С – при работе на сернистом или высокосернистом мазуте. В продуктах сгорания имеются сернистые соединения, которые соединяются с каплями влаги и образуют сернокислые кислоты, отрицательно действующие на металлическую стенку. Поэтому для исключения низкотемпературной коррозии (т.е. конденсации водяных паров из топочных газов на внешней поверхности труб) необходимо, чтобы температура стенки была на 5…10 °С выше температуры точки «росы». Этому виду коррозии подвержены водогрейные котлы, воздухоподогреватели, водяные экономайзеры и др.

котельные установки , парогенераторы Котельные установки и парогенераторы котельных установок, их...

1 общая характеристика направления подготовки дипломир ованного специалиста по направлению « тепло энергетика»

Перечень образовательных программ

И эксплуатация энергетических установок: котлы, котельные установки , парогенераторы , испарители, турбины, вспомогательное тепломеханическое... 240 СД.02 Котельные установки и парогенераторы : общая характеристика современных котельных установок, их...

Составители учебно-тематического плана программы повышения квалификации

Программа

Модуль 1 «Водоподготовка»; модуль 2 «Котельные установки и парогенераторы» ; модуль 3 «Паротурбинные установки ТЭС и АЭС»; модуль 4 « ... . ун-т, 2007. 65 с. Модуль 2. «Котельные установки и парогенераторы» Лабораторные работы 1. Раздел 2. Темы 2.1, 2.2, ...

Котел выполнен в газоплотном исполнении, имеет горизонтальную компоновку, состоит из топочной камеры (топочный блок) и конвективного газохода (конвективный блок).

Топочная камера, состоящая из потолочного, подового и двух боковых экранов, экранирована трубами Ø60х3мм с шагом 80мм, входящими в коллекторы Ø219х10 мм. Между трубами ввариваются пластины шириной 20мм, обеспечивающие газоплотность панелей топки котла. Трубы боковых экранов расположены горизонтально.

Конвективная поверхность нагрева, находящаяся следом за топочной камерой, состоит из U-образных ширм Ø32х3 с шагом S1=80мм и S2=33мм. Боковые стены конвективного газохода закрыты горизонтально расположенными трубами (стояками)Ø60x3мм и ввариваются в вертикальные коллектора Ø219x10мм.

Газоплотность боковых стенок конвективной части обеспечивается путем приварки уголка 32x32x4. Доступ к конвективным поверхностям обеспечивается за счёт расположенного над конвективной камерой прямоугольного лаза 400x450мм и лаза в коробе газовом. Циркуляция воды в котле принудительная.

С фронта котла расположена неохлаждаемая фронтовая поворотная камера, на которую устанавливается горелочное устройство.

Котел самонесущий, имеет 8 опор, приваренных к вертикально расположенным коллекторам блоков. При поставке единым блоком опорами котел опирается на раму, изготовленную из швеллера №20. При поставке двумя блоками - топочным и конвективным - на бетонные стойки. При варианте котла на раме специальный фундамент не требуется.

Топочный и конвективный блоки имеют облегченную обмуровку и металлическую обшивку. Толщина обмуровки - 60мм.

Блоки стыкуются непосредственно между собой с помощью фланцевого соединения и уплотнительного шнура (входящего в комплект поставки в случае поставки котла раздельными блоками).

На правой боковой стенке котла находятся сливные воронки, в которые выводятся воздушные линии.

Дренажные линии и штуцера для отвода конденсата из топочного и конвективного блоков находятся по обеим сторонам котла. Штуцера слива конденсата у топочного и конвективного блоков вварены в подовые экраны котла.

На боковых стенках котла имеются смотровые гляделки; отборное устройство разрежения располагается на потолочном экране топочной камеры

На потолочном экране топочной камеры и на газовом коробе находятся два взрывных предохранительных клапана.

Для комплектации котлов могут быть использованы газовые, легко-жидкотопливные и комбинированные автоматизированные горелочные устройства различных отечественных и зарубежных производителей. Для обслуживания и ремонта котла предусмотрена лестница (трап).