ZAKRES PRACA
DYPLOMOWA
Zagadnienia teoretyczne
(Zakres 1.7 – 1.8)
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
•