Водяной пар

По своему химическому составу водяной пар – это обычная вода, но существующая не в жидком, а в газообразном состоянии. Молекулы Н₂О находятся дальше друг от друга, поэтому могут двигаться гораздо быстрее. Соответственно, кинетическая энергия пара (в сравнении с тем же объёмом воды) существенно повышается.

Параметры и свойства

Основные физические характеристики водяного пара

Основные параметры водяного пара:

1. Давление (бар, кгс/см2, Мпа);
2. Температура, (К, ℃);
3. Удельный объем (кг/м³);
4. Энтальпия (кДж/кг);
5. Удельная теплоёмкость, (кДж/(кг· K));
6. Относительная влажность пара (%).

Для сравнения: удельная теплоёмкость воды равна 4,2 кДж/(кг· K). Т.е., для того, чтобы нагреть воду на 1 К, потребуется затратить в 2,22 раза больше энергии. Это – одна из причин широкого распространения котельных установок, генерирующих пар для целей отопления или горячего водоснабжения промышленных предприятий и бытовых объектов.

Виды

Водяной пар имеет несколько разновидностей.

1. Насыщенный (сухой) пар. Образуется, когда вода нагревается до точки кипения, а затем испаряется с выделением дополнительного тепла.
2. Ненасыщенный (влажный) пар. Под влажным паром, понимается пар, который в следствии тепловых потерь при транспортировке несет с собой конденсат. В результате образования в паропроводах влажного пара возникают гидроудары.
3. Перегретый пар. Образуется из насыщенного при его последующем нагреве выше точки насыщения, когда скорость испарения воды равна скорости её конденсации. В результате получается пар, имеющий более высокую температуру и меньшую плотность, чем насыщенный при том же давлении.

Перегретый пар в основном используется не для теплопередачи паровыми котельными, а в силовых установках/приводах - турбинах.

По давлению различают пар:

1. Низкого, до 1 МПа;
2. Среднего, до 10 МПа;
3. Высокого, до 14 МПа;
4. Сверхвысокого (критического), 20 МПа;
5. Сверхкритического, свыше 22,5 МПа.

Особенности применения насыщенного пара

В качестве теплоносителя (особенно при температурах 100 °C и выше) выгодно применять насыщенный пар, обладающий следующими преимуществами:

• Быстрым, равномерным нагревом за счёт скрытой теплоотдачи (повышается качество и производительность котельных установок);
• Точным и оперативным контролем температуры теплоносителя на выходе из котла;
• Высоким коэффициентом теплопередачи, поскольку требуется меньшая площадь теплопередающей поверхности, а это снижает первоначальные затраты на оборудование: теплообменные аппараты.;
• Экономичностью технологии выработки энергоносителя.

Получение водяного пара в современных котельных

Этапы изготовления

Проектирование и изготовление новой паровой котельной ведётся в следующей последовательности:

• Предварительный этап, проектировщик производит сбор и анализ исходных данных, предварительные расчеты, принимаются принципиальные решения по схеме котельной, производится теплотехнический расчет схемы, осуществляется выбор основного и вспомогательного оборудования;
• Проектирование, разработка проектной документации в требуемом объеме;
• Прохождение экспертизы проектной документации, получение положительного заключения;
• Изготовление (строительство, в случае стационарной котельной) котельной;
• Ввод в эксплуатацию, проведение режимно наладочных и пусконаладочных работ.

Способы выработки водяного пара

Паровой котлоагрегат включает в себя:

1. Тело котла, состоит из: топки, поверхности нагрева, опорных и ограждающих конструкций, тепловой изоляции.
2. Горел ночное устройство.
3. Систему подачи питательной воды, обеспечивает поддержание заданного уровня воды в котле.
4. Запорную, регулирующую и предохранительную арматуру.
5. Систему управления и контрольно-измерительные приборы и датчик. обеспечивающую оптимальную производительность, эффективность и безопасность.

Наиболее распространёнными видами паровых котлов являются жаро- и водотрубные. Жаротрубные котлы имеют цилиндрическую оболочку, заполненную водой, в то время как продукты сгорания протекают по трубам, размещённым внутри котла. Жаротрубные котлы компактны, имеют относительно простую схему и характеризуются быстротой теплопередачи.

Водотрубные котлы снабжены камерой, в пространстве которой движутся обеспечивающие теплообмен продукты сгорания. Преимуществами таких конструкций считаются повышенная паропроизводительность, способность выдерживать высокие давления и меньшая теплоинерционность.

Заключение

Термодинамические свойства водяного пара делают его отличным энергоносителем в различных отраслях современной промышленности.