ZAKRES PRACA
DYPLOMOWA

Zagadnienia teoretyczne
(Zakres 1.7 – 1.8)

1.7 Przemiany charakterystyczne pary

wodnej

•

1.7.1 Para wodna – podstawowe informacje

•

1.7.2 Powstawanie pary wodnej

•

1.7.3 Rodzaje wykresów pary wodnej T – s, p – V i i –S

•

1.7.4 Wykresy pary wodnej dla przemian termodynamicznych

1.7.1 Para wodna – podstawowe informacje

•

Jeden z podstawowych czynników termodynamicznych. Za jej
pośrednictwem przekształca się energię mechaniczną na pracę.
Otrzymywana w dowolnej przemianie termodynamicznej, podczas
której doprowadza się ciepło. Para wodna będąca w równowadze
termodynamicznej z cieczą nazywa się nasyconą.

•

Rodzaje pary wodnej nasyconej:

•

Para nasycona mokra – para wodna w formie gazowej zawierająca
pewną ilość cieczy określaną za pomocą współczynnika X.

•

Para nasycona sucha – para wodna w formie gazowej bez
zawartości cieczy , układ jednofazowy

•

Para przegrzana – para wodna o temperaturze znacznie wyższej od
temperatury nasycenia, ciśnienie i temperatura są niezależne od
siebie

1.7.2 Powstawanie pary wodnej

•

Każda substancja występuje w trzech stanach skupienia: stały, ciekły i
gazowy. Zmiana stanu chemicznego jednorodnego ciała odbywa się w
ustalonym ciśnieniu p i ściśle określonej oraz stałej temperaturze. Pozwala to
na stworzenie dla każdej z substancji wykresu T – s obrazującego przemiany
stanów skupienia.

•

•

Obszary ograniczone są krzywymi przejścia: topnienia, parowania i
sublimacji. Określają zależności pomiędzy temperaturą i ciśnieniem w
procesach zmiany stanu skupienia. W punktach leżących na krzywych mogą
istnieć w równowadze termodynamicznej obok siebie dwie graniczące fazy.
Wzrostowi temperatury towarzyszy wzrost p. Jednak są odstępstwa, w
przypadku wody, dla której wzrost T odpowiada spadek p dla krzywej
topnienia ze względu na zwiększenie się objętości właściwej przy krzepnięciu
wody.

•

Każdy wykres T – s posiada dwa punkty charakterystyczne dla danej
substancji:

•

A) Punkt potrójny Tr – miejsce zejścia się wszystkich krzywych
przejścia, gdzie może obok siebie istnieć w równowadze
termodynamicznej wszystkie trzy fazy.

•

B) Punkt krytyczny K – miejsce, w którym jeszcze można znaleźć
granicę między fazą gazową i ciekłą ale powyżej niego granica
ulega rozmyciu i substancja przechodzi w praktycznie układ
jednofazowy.

•

Punkt Tr i K dla

•

 

Punkt potrójny Tr

Punkt krytyczny K

T

p

T

p

K

Pa

K

MPa

273,16

611,2

647,27

22,115

•

Woda podgrzewana w sposób izobaryczny

•

stopniowo przekształca się w parę

•

wodną co obrazuje wykres.

•

Temperatura szybko rośnie aż do

•

punktu pęcherzyków, gdzie w cieczy

•

pojawiają się pierwsze pęcherzyki

•

gazu. Dalszemu dostarczaniu ciepła

•

towarzyszy stabilizacja temperatury

•

W cieczy pojawia się co raz więcej pęcherzyków gazu. Zmniejsza się
udział fazy ciekłej na korzyść fazy gazowej. W momencie
osiągnięcia całkowitego przejścia z fazy ciekłej do gazowej w
punkcie rosy mamy do czynienia z parą nasyconą suchą. Dalsze
dostarczanie ciepła powoduje wzrost temperatury i powstanie pary
przegrzanej szeroko wykorzystywanej w procesach energetycznych i
technologicznych.

1.7.3 Rodzaje wykresów pary wodnej

•

W termodynamice najpopularniejszymi wykresami obrazującymi
powstawanie pary wodnej są: T – s , p – V i i – s. Wykorzystywane są
one w różnego rodzaju badaniach innych przemian, procesów.

•

1) Wykres T – s

•

Graficzne przestawienie wykorzystywane do badania silników
cieplnych oraz umożliwiające przedstawienie obiegu cieplnego
elektrowni.

•

2) Wykres p – V

•

Graficzne przedstawienie termicznego równania stanu substancji z
uwzględnieniem zmian p, T i v podczas przebiegu procesu.

•

3) Wykres i – s

•

Dogodny do rozpatrywania przemian izobarycznych i
adiabatycznych oraz powszechnie używany podczas obliczeń
termodynamicznych.

•

1.7.4 Wykresy pary wodnej dla przemian
termodynamicznych

•

1) Przemiana izobaryczna

•

2) Przemiana izochoryczna

•

3) Przemiana izotermiczna

•

4) Przemiana adiabatyczna bez tarcia (izentropowa)

1.8 Obieg Clausiusa – Rankine’a

•

1.8.1 – Definicja i wykresy

•

1.8.2 – Podniesienie sprawności obiegu C – R

•

1.8.2.1 – Zwiększenie parametrów pary świeżej dolotowej do turbiny

•

1.8.2.2 – Obniżenie parametrów czynnika w skraplaczu

•

1.8.2.3 – Międzystopniowy przegrzew pary

•

1.82.4 – Upusty regeneracyjne do podgrzewania wody zasilającej

1.8.1 Definicja i wzory

•

Obieg porównawczy prezentujący w sposób graficzny cały przebieg
procesu przemian czynnika roboczego. W energetyce prezentuje obieg
idealnej siłowni parowej i służy do oceny pracy rzeczywistej siłowni.

•

W idealnej siłowni parowej brak jest tarcia, funkcjonują idealna turbina
i kocioł (brak strat ciepła i teoretyczna sprawność), brak strat ciśnienia
i energii podczas przepływu czynnika rurociągiem, pompy zasilające
dokonują sprężu izentropowego kondensatu bez dławienia, całkowite
przekazanie ciepła spalania do czynnika obiegowego.

1.8.2 Podniesienie sprawności obiegu C – R

1.8.2.1 – Zwiększenie parametrów pary świeżej dolotowej do turbiny

•

Modyfikacja procesu spalania paliwa w ten sposób aby otrzymać
wyższe parametry (p i T) pary świeżej dostarczanej do turbiny.
Uzyskuje się wzrost sprawności termicznej obieg i spadek
jednostkowego zużycia paliwa.

• 1.8.2.2 Obniżenie parametrów czynnika w skraplaczu

(ciśnienia)

•

Dzięki zastosowaniu zwiększenia powierzchni kondensatora,
wzrostowi przepływu wody przez kondensator lub obniżenie
temperatury wody chłodzącej ostatecznie uzyskujemy obniżenie
parametrów czynnika obiegowego w skraplaczu. Zwiększenie
sprawność termiczną obiegu poprzez większy przyrost pracy obiegu
w porównaniu do przyrostu doprowadzonego ciepła. Dodatkowa
praca obiegu > dodatkowe ciepło doprowadzone.

• 1.8.2.3 – Międzystopniowy przegrzew pary

•

Powszechnie stosowana metoda podwyższenia sprawności
elektrociepłowni. Przegrzewacz pary umieszcza się w kanałach
spalinowych kotła. Turbinę dzieli się na kilka kadłubów. Z każdego
kadłuba parę odlotową kieruje się ponownie do kotła w celu
podniesienia jej temperatury do temperatury pary docierającej do
pierwszego kadłuba. Uzyskujemy wzrost sprawności, polepszenie
parametrów pary dolotowej i spadek strat ciepła do otoczenia.

•

Przegrzew pary widoczny jest na wykresie T – s w postaci
„drugiego” obiegu (m1a – m2 – 2a – 2a’ – m1a), którego sprawność
decyduje o efektywności rozwiązania.

•

 

•

Optymalne ciśnienie przegrzewania pary warunkuje kilka rzeczy:

•

- początkowe i końcowe parametry przegrzania (p i T)

•

- temperatura regeneracyjne podgrzewania wody zasilającej kocioł

•

- straty wewnętrzne pomp zasilających

•

- straty wewnętrzne turbiny i w układzie regeneracyjnym wody
zasilającej

•

- straty spowodowane zawilgoceniem pary w ostatnich stopniach
turbiny

•

- straty spowodowane spadkiem ciśnienia w układzie przegrzewania
międzystopniowego w rurociągach głównych

• 1.8.2.4 Upusty regeneracyjne do podgrzewania wody

zasilającej

•

Podgrzewanie kondensatu i wody zasilającej parą, która częściowo
wykonała pracę z upustów turbiny. Liczba upustów uzależniona jest
od mocy turbozespołu i parametrów początkowych. Uzyskujemy
wzrost teoretycznej i rzeczywistej sprawności obiegu, wzrost strat
ciepła poprzez upusty i zwiększenie kosztów obiegu.

•

- sprawność obiegu, stosunek całkowitego ciepła zamienionego na
pracę do ciepła dostarczonego do obiegu w kotle

•