Парообразования температура

Подвод тепла в процессе парообразования происходит при Р! = const (давление в котле), и поэтому количество подведенного к рабочему телу тепла определится как разность энтальпий пара в состояниях, характеризуемых точками 3 и /. Энтальпия воды при параметрах точки 3 измеряется площадью 0-3-8-9-0; ее следует обозначить i'i, так как в рассматриваемом состоянии рабочее тело представляет собой кипящую жидкость при давлении в конденсаторе, соответствующем точке 2; при этом надо иметь в виду, что повышение давления в точке 3 от давления пара в конденсаторе до того давления, которое он имеет в котле, почти не изменило его температуры, а следовательно, и энтальпии (изменением энтальпии воды в зависимости от изменения давления в установках с не очень высоким давлением пара обычно пренебрегают).

Количество тепла, которое нужно сообщить 1 кг кипящей воды, чтобы она превратилась в сухой насыщенный пар, называют теплотой парообразования и обозначают буквой г. Часть этой теплоты, называемая внутренней теплотой парообразования и обозначаемая буквой р, затрачивается на изменение внутренней энергии пара, расходуемой на преодоление внутренних сил сцепления между его молекулами. Другая часть этой теплоты, называемая внешней теплотой парообразования, затрачивается на совершение работы расширения, обусловленной увеличением удельного объема при превращении воды в сухой насыщенный пар. Величина этой работы, учитывая, что процесс парообразования происходит при постоянном давлении, равна p(v"—v'). Отсюда следует, что

При работе с затравкой в испаритель вводят мелкокристаллическую взвесь природного мела и строительного гипса [29]. Осаждение солей жесткости в процессе парообразования происходит на частичках взвеси (которые являются здесь центром кристаллизации), вследствие этого накипь на греющие поверхности не выпадает. Обработка воды, подаваемой в испаритель с вынесенной зоной кипения, может ограничиваться также лишь подкислением ее.

линию А — В — С — D, имеющую прямолинейный участок В — С, так как процесс 'парообразования (и обратный ему процесс конденсации) при постоянном давлении протекает без изменения температуры. Процесс парообразования происходит за счет подвода теплоты

при пользовании которой значения i" и v" берутся из табл. 1 при заданном давлении р. В этой таблице даны также значения энтропии s" сухого насыщенного пара. Так как процесс парообразования происходит при постоянной температуре, то изменение

через TV Эта линия является для рассматриваемого случая изобарой, совпадающей с нижней пограничной кривой. Линия /—2 представляет собой процесс парообразования, заканчивающийся получением в точке 2 сухого насыщенного пара (точка 2 лежит на верхней пограничной кривой). Процесс парообразования происходит при постоянной температуре Т\ и постоянном давлении pi, поэтому линия 1—2 является одновременно изотермой и изобарой.

Но и в таких условиях дымовые газы выходят из пароперегревателя с гораздо меньшей температурой, чем у котлов старых типов. Вследствие этого приходится уменьшать подогрев воды или воздуха в хвостовых поверхностях нагрева. В газомазутных котлах повсеместно применяется лишь одноступенчатый подогрев воздуха в регенеративном вращающемся воздухоподогревателе. В котлах, рассчитанных на сжигание антрацита и тощих углей, снижение температуры воздушного дутья понизило бы экономичность сжигания топлива. Там приходится ограничивать 'поверхность нагрева экономайзера и вводить в барабан воду, недогретую до температуры кипения на несколько десятков градусов. Дальнейший нагрев этой воды до начала парообразования происходит в паропромывочных устройствах внутри барабана и в трубах топочных экранов.

Во всех рассматриваемых в этой книге котлах частью пароперегревателя являются ширмы, воспринимающие значительное количество лучистого тепла из топки. Кроме того, у большинства современных котлов имеются радиационные трубные панели пароперегревателя в верхней части топочной камеры. Но общее теп-ловосприятие пароперегревателя в современных котлах настолько велико, что дымовые газы выходят из его конвективной части при гораздо меньшей температуре, чем у котлов старых типов. Это ограничивает возможности подогрева воды и воздуха в хвостовых поверхностях нагрева. Становится затруднительным высокий подогрев воздуха, наиболее полезный в котлах, предназначенных для сжигания антрацита. Во многих котлах из экономайзера в барабан поступает вода, значительно недогретая до кипения. Дальнейший подогрев этой воды до начала парообразования происходит в паро-промывочных устройствах внутри барабана и в трубах топочных экранов.

Начальное состояние рабочего тела (конденсат) соответствует точке 3. Нагрев воды в котле при постоянном давлении изобразится изобарой 3—4, где точка 4 — начало парообразования; процесс парообразования происходит при постоянной температуре по линии 4—5. Перегрев пара изображается кривой 5—6. В процессе адиабатического расширения пара, изображенного прямой 6—7, совершается полезная работа в паровой турбине. Затем

Отвод около двух третей подводимого тепла при кипении от участка, не занятого образованием паровой фазы, должен снизить температуру в этом месте. Однако измерения показали, что температура поверхности нагрева вне радиуса пузырька остается постоянной. В месте парообразования происходит резкое снижение температуры. Кроме того, если интенсивный теплоотвод является результатом действия потока холодной воды на поверхность, то в центре парообразования в момент отрыва или разрушения пузыря должна снижаться температура. Но в работах [5.19, 5.20] установлено, что в процессе разрушения пузырька в центре парообразования температура теплопередающей поверхности увеличивается. Таким образом, ни перемешивание жидкости в пристенном слое, ни поток холодной жидкости в центр парообразования не обеспечивают достаточную интенсивность теплоотвода от поверхности нагрева в процессе кипения.

По данным [83] из 664 эксплуатируемых в мире в 1976 г. стационарных опреснительных установок 138 были выполнены по схеме с испарением. Их суммарная производительность составляла 87 000 м3/сут. Кроме того, по этому же принципу работало большинство судовых установок. Дистилляция исходной воды в таких установках протекает путем теплообмена между греющей поверхностью, выполненной в виде трубной змеевиковой батареи, погруженной в большой ее объем, или прямых трубок с естественным или принудительным движением воды по всему их сечению. Процесс парообразования происходит при глубоком вакуумировании всех элементов установки, способствующем снижению накипеобразования. Однако дальнейшего развития установки такого типа не получили, что объясняется рядом присущих им недостатков: чувствительностью к изменениям режима, повышенным накипеобразованием, высоким температурным напором поверхности нагрева, недостаточным использованием теплоты, большими габаритами.

Так как в процессе парообразования температура остается постоянной, изменение энтропии при переходе от состояния кипящей жидкости к состоянию влажного пара найдется по формуле (2-49) как частное гх/Т„.

Итак, если обозначить энтропию влажного пара s, то s — s' = rx/TH, где Та — постоянная в процессе парообразования температура. Отсюда энтропия влажного пара определится по формуле

Влияние теплофизических свойств и размеров теплоотдающей поверхности связывают с пульсациями ее температуры в процессе кипения. В период роста пузыря температура элемента поверхности, находящегося под пузырем, понижается вследствие интенсивного отвода теплоты испаряющейся жидкой пленкой. Под действием разности термических потенциалов к центру парообразования, ат прилегающей к нему массы материала подводится теплопроводностью дополнительный тепловой поток, который препятствует понижению температуры стенки под растущим пузырем и тем самым способствует поддержанию условий, необходимых для интенсивного испарения микропленки. Плотность локального теплового потока, отводимого пленкой в форме теплоты испарения, значительно превышает среднюю по поверхности плотность теплового потока, и тем более .она выше плотности теплового потока, отводимого конвекцией от части поверхности, не занятой паровыми пузырями. Назовем эту часть поверхности конвективной. Вследствие оттока теплоты к центрам парообразования температура конвективной части поверхности также понижается, и если бы от последней тепловой поток передавался жидкости в условиях естественной конвекции, то- с понижением температуры стенки коэффициент теплоотдачи здесь уменьшался бы. В условиях сильной турбулизации пристенной области паровыми пузырями понижение температуры конвективной части поверхности приводит лишь к уменьшению передаваемого от нее жидкости теплового потока. Если материал теплоотдающей поверхности обладает высокой теплопроводностью, то это облегчает приток: теплоты к центрам парообразования, в результате чего поддерживается высокая интенсивность теплообмена. В противном случае при прочих равных условиях коэффициент теплоотдачи меньше. Основываясь на теории нестационарной теплопроводности, Якоб [224] пришел к выводу, что интенсивность теплообмена при кипений пропорциональна величине У^Аср для теплоотдающей поверхности, называемой коэффициентом теплоусвоения.

Из анализа следует, что при достаточно длинных каналах (l/d^S) образуются три характерных участка: участок парообразования у входной кромки, участок стабилизированных параметров в центральной части и участок парообразования у выходной кромки. При этом можно предположить следующую физическую картину протекания процесса. В области входной кромки вследствие резкого падения давления ниже давления насыщения происходит процесс парообразования — температура среды понижается. Процесс парообразования сопровождается сжатием струи и отрывом ее от стенок. Образовавшаяся паровая подушка, которая, очевидно, заполняет область разрежения, препятствует дальнейшему снижению давления. При последующем движении по течению струя расширяется до полного-заполнения-канала, скорость падает, а давление вновь возрастает,— видимо, происходит частичная конденсация пара на поверхности переохлажденной жидкости, т. е. температура среды повышается. Сложный процесс парообразования с после-

При конструкциях водяного экономайзера, не допускающих парообразования, температура воды после водяного экономайзера должна быть по крайней мере на 30° С меньше температуры кипения. Число трубок водяного экономайзера, выходящих из коллектора, определяется выбором скорости воды, которая должна быть не менее 0,3 м/сек для некипящих и 0,5 — 0.6 м/сек для кипящих экономайзеров.

Для того чтобы понять процессы, сопровождающие теплоотдачу к жидкости в сверхкритической области, необходимо проанализировать изменение физических свойств жидкости в окрестности критической точки и выше нее. Теоретически удельная теплоемкость при постоянном давлении и коэффициент теплового расширения в критической точке стремятся к бесконечности. Указанное свойство можно рассматривать как следствие того обстоятельства, что критическая точка является верхней границей области, в которой может происходить кипение. Скрытая теплота парообразования в критической точке стремится к нулю, а удельные объемы жидкости на кривой насыщения и газообразной фазы становятся одинаковыми. При давлении ниже критического на бесконечно малую величину можно увеличить энтальпию на бесконечно малую величину, равную скрытой теплоте парообразования; температура при этом останется постоянной. Одновременно происходит увеличение удельного объема на бесконечно малую величину. В связи с этим предполагается, что удельная теплоемкость и коэффициент теплового расширения при давлении ниже критического становятся бесконечно большими. Подобное предельное состояние достигается также и в закритической области, где наблюдается резкий конечный максимум удельной теплоемкости. Удовлетворительные экспериментальные доказательства бесконечно больших значений любого из двух указанных физических параметров в сверхкритическом состоянии отсутствуют. Сверхкритическая температура, при которой наблюдается максимум удельной теплоемкости, по терминологии Голдмена [3] называется псеводокрити-ческой температурой. Псевдокритическая температура для большинства веществ увеличивается с давлением, а величина максимума удельной теплоемкости уменьшается (фиг. 1).

Температура подаваемой в котельный агрегат воды, называемой питательной водой, всегда меньше температуры кипения. Поэтому в котельном агрегате должен быть прежде всего осуществлен догрев воды до температуры кипения. Следовательно, процесс парообразования в котельном агрегате может быть вполне четко разбит на три стадии, а именно подогрев воды, ее испарение и перегрев полученного пара. — Котельные агрегаты и их элементы выполняются в виде поверхностных теплообменников. Тепло продуктов сгорания передается стенкам этих теплообменников, называемым поверхностями нагрева, а от этих стенок — воде и пару. Величина поверхностей нагрева котельного агрегата и его элементов изме-

пар. Объем получающейся смеси из воды и пара станет беспрерывно и значительно возрастать. Весь этот процесс изобразится в диаграмме прямой линией — изобарой //—///. Поскольку в процессе парообразования температура пароводяной смеси остается постоянной, происходящий процесс является не только изобарным, но одновременно и изотермическим, а изобара //—/// одновременно является и (Изотермой. В тот момент, когда последняя частица воды испарится, мы получим чистый л ар, имеющий температуру кипения /н и удельный объем v". Этот пар называется сухим насыщенным паром. Состоянию этого пара в диаграмме соответствует точка ///. Имевшуюся до этого смесь пара и воды называют влажны м н а с ы щ е н н Ым п а-р о м. Это такая смесь, в которой мельчайшие частицы воды находятся во взвешенном состоянии в1 среде пара.

Отвод около двух третей подводимого тепла при кипении от участка, не занятого образованием паровой фазы, должен снизить температуру в этом месте. Однако измерения показали, что температура поверхности нагрева вне радиуса пузырька остается постоянной. В месте парообразования происходит резкое снижение температуры. Кроме того, если интенсивный теплоотвод является результатом действия потока холодной воды на поверхность, то в центре парообразования в момент отрыва или разрушения пузыря должна снижаться температура. Но в работах [5.19, 5.20] установлено, что в процессе разрушения пузырька в центре парообразования температура теплопередающей поверхности увеличивается. Таким образом, ни перемешивание жидкости в пристенном слое, ни поток холодной жидкости в центр парообразования не обеспечивают достаточную интенсивность теплоотвода от поверхности нагрева в процессе кипения.

Как уже указывалось, в процессе парообразования температура воды и образующегося из нее пара не изменяется. В этом случае тепло в основном расходуется на разрыв связи между молекулами воды, в результате чего вода переходит в пар, характеризуемый большими расстояниями между молекулами, чем у воды.

Температура t, Удельная теплота парообразования г, Погрешность,