بخار سوپرهیت دارای مزیت های مهم در کاربردهای ویژه است. مثلا برای استفاده در توربین های واحد های نیروگاه تولید برق. اما برای کاربرد موثر در موارد گرمایشی, باید دی سوپرهیت نمودن بخار انجام شود.
دی سوپرهیت نمودن بخار
بخار سوپرهیت بخاری است که دمای آن بالاتر از دمای بخار اشباع در همان فشار است. برای مثال بخار در فشار ۳ barg دارای دمای اشباع ۱۴۳.۷۶۲°C است. اگر گرمای بیشتر به این بخار وارد شود و فشار در ۳ bar g باقی بماند آن سوپر هیت می شود. این گرمای اضافی باعث می شود که :
- دمای بخار از دمای اشباع بالاتر رود.
- بخار دارای انرژی بیشتری نسبت به بخار اشباع گردد.
- دارای حجم ویژه بیشتری در مقایسه با بخار اشباع گردد.
روابط میان این سه خاصیت در کتاب های ترمودینامیک مربوط به بخار آب وجود دارد.
بخار سوپر هیت اصولا در واحد های نیروگاهی تولید برق و به عنوان عامل محرک توربین ها استفاده می شود. با مشاهده چرخه رانکین ثابت می شود که برای حرکت دادن توربین ها بخار سوپرهیت دارای راندمان حرارتی بالاتری نسبت به بخار اشباع می باشد.
اقداماتی که باید برای سوپرهیت کردن دیگ بخار انجام داد
همین که جریان قابل توجهی بخار در هواکش بویلر تولید شد آن را ببندید تا حداکثر جریان به سوپرهیتر یا مافوق گرم وارد شود. وقتی از هواکش های آن بخار خالص و بدون رطوبت خارج شد، شیرهای تخلیه آن را هم بیندید تا همه جریان وارد کل سوپرهیتر گردد.
همین طور تمام شیرهای تخلیه دیگر را هم ببندید. دمای خروجی سوپرهیتر را بررسی کرده و توجه خاصی به بروز تغییرات در نرخ احتراق، تعداد مشعل ها یا ایگنایتورهای در حال کار و سایر مواردی که بر عبور دود از میان سوپرهیترها موثر است داشته باشید.
هواکشها و تخلیه ها را به جز در سوپرهیتر دیگ بخار آخر در صورتی که توربین در حال کار باشد ببندید. با دریافت کار از توربین (اتصال ژنراتور) باید این شیرهای تخلیه را هم ببندید. شیر بای پس به ری هیتر را هم به منظور اطمینان از برقراری جریان در ری هیتر ببندید.
بخار سوپر هیت دارای مزایای زیادی است:
- بخار مرطوب در توربین باعث تولید قطرات آب و سائیدگی پره های توربین می شود.
- خطوط با سرعت های بالاتر می تواند مورد استفاده قرار گیرد (بیشتر از ۱۰۰ m/s) این بدین معنا است که خطوط توزیع کوچک تر می تواند مورد استفاده قرار گیرد (افت فشار خیلی زیاد نیست )
- برای واحدهای ۲۴ ساعته بخار سوپرهیت به معنای عدم وجود کندانس در خط است لذا تله های بخار فقط در شروع راه اندازی مورد نیاز است.
استفاده از بخار سوپرهیت دارای معایب زیر است :
- اگرچه بخار سوپرهیت دارای انرژی گرمایی بالاتری است. اما این انرژی به ۳ صورت است: آنتالپی آب، آنتالپی تبخیر (گرمای نهان) و آنتالپی سوپرهیت. توده اصلی در آنتالپی تبخیر وجود دارد و این انرژی در بخار سوپرهیت سهم کمتری دارد.
برای مثال بخار سوپرهیت ۱۰ بار و ۳۰۰ درجه سانتیگراد را در نظر بگیرید.
آنتالپی آب برابرا است با = ۷۶۳ kJ / kg
آنتالپی تبخیر = ۲ ۰۱۵ kJ / kg
آنتالپی سوپرهیت = ۲۷۴ kJ / kg
وقتی از بخار سوپرهیت به عنوان ماده انتقال حرارت استفاده می شود ضریب انتقال حرارت پایین و متغیر است و تعیین دقیق آن بسیار مشکل است. این امر کنترل دقیق را در تجهیزات انتقال حرارت مشکل می سازد و در این صورت به مبدل های حرارتی بسیار بزرگ و گران قیمت مورد نیاز خواهد بود.
وقتی بخار سوپرهیت تا دمای اشباع سرد شود ضریب انتقال حرارت بصورت شگرف افزایش می یابد و دما در نقطه ای که بخار به مایع تبدیل می شود ثابت باقی می ماند. این امر موجب کنترل دقیق تجهیزات انتقال حرارت می شود.
- برخی فرآیند ها (مانند ستون های تقطیر) وقتی بخار سوپرهیت را استفاده می کنند دارای راندمان کمتری هستند.
- دمای بالاتر بخار سوپرهیت ممکن است باعث افزایش مقدار مصرف آن شود و بنابراین تجهیزات گران قیمت تری مورد نیاز است.
- دمای بالاتر بخار سوپرهیت ممکن است به تجهیزات حساس آسیب وارد کند.
این معایب باعث می شود که بخار سوپر هیت برای کاربرد های حرارتی نامطلوب باشد. لذا باید بخار سوپر هیت را به بخار اشباع تبدیل نمود.
اساس دی سوپرهیت نمودن بخار
دی سوپرهیت نمودن فرآیندی است که بخار سوپرهیت به بخار اشباع تبدیل می شود یا آن که دمای سوپرهیت کاهش می یابد.
بیشتر دی سوپرهیتر ها برای برگشت دادن بخار سوپرهیت به بخار اشباع یا بخاری نزدیک به دمای بخار اشباع بکار می روند ( معمولا ۳ درجه سانتیگراد بیشتراز دمای اشباع ). اصولا دو نوع دی سوپر هیتر وجود دارد.
نوع تماس غیر مستقیم
ماده مورد استفاده برای خنک سازی بخار سوپرهیت در تماس مستقیم با بخار نیست. ممکن است از یک مایع یا گاز خنک تر برای این کار استفاده شود برای مثال هوای محیط. مثالی از این نوع دی سوپرهیتر مبدل های حرارتی پوسته لوله هستند. بخار دی سوپرهیت در یک قسمت مبدل و ماده خنک کنننده در وجه دیگر‌آن عبور می کند. با عبور نمودن بخار سوپرهیت از میان مبدل حرارتی، حرارت آن گرفته شده و به ماده خنک کن می رسد.
دمای دی سوپرهیت نمودن بخار را می توان با کنترل فشار بخار سوپرهیت ورودی یا میزان آب خنک کننده کنترل نمود. کنترل فلوی بخار سوپرهیت برای این منظور بصورت عملی غیر ممکن است و بیشتر سیستم ها برا اساس میزان فلوی ماده خنک کننده طراحی می شوند.
نوع تماس مستقیم
ماده واسط مورد استفاده برای خنک سازی بخار سوپرهیت با آن در تماس مستقیم قرار دارد. در بیشتر حالات ماده خنک کنننده از حالت مایع همان جنس بخار سوپرهیت هستند و برای بخار اب سوپرهیت از آب مایع برای این کار استفاده می شود.
در این حالت مقدار مشخصی آب از طریق یک میکسر وارد بخار سوپرهیت می شود. آب با ورود به دی سوپرهیتر با جذب حرات از بخار سوپرهیت تبخیر می شود و در نتیجه دمای بخار سوپرهیت کاهش می یابد.
کنترل مقدار آب اضافه شده اغلب با استفاده از اندازه گیری دمای بخار خروجی از دی سوپرهیتر امکان پذیر است. دمای تنظیم شده برای بخار خروجی معمولا بیشتر از ۳ درجه بیشتراز دمای بخار اشباع نیست. لذا دراین نوع دی سوپرهیتر باید فشار بخار سوپرهیت ورودی ثابت باقی بماند.
محاسبات دی سوپرهیتر
اگر مقدار آب مورد نیاز برای رسیدن به دمای مورد نظر خیلی کم باشد بخار سوپرهیت خنک نمی شود و اگر زیاد باشد بخار اشباع مرطوب تولید خواهد شد که در این صورت باید در یک خشک کن خشک شود.
با استفاده از معادله زیر مقدار آب مورد نیاز به راحتی محاسبه می شود:
که :
mOCW= فلوی جرمی آب خنک کننده (Kg /h)
mOs= فلوی جرمی بخار سوپرهیت (Kg /h)
hs= آنتالپی در شرایط سوپرهیت (KJ /kg)
hd=شرایط دی سوپرهیت آنتالپی (KJ /Kg)
hcw= آنتالپی آب خنک کننده در شرایط ورودی (Kj /kg)
اولین اقدام جهت سوپرهیت کردن دیگ بخار مطالعه کامل و دقیق دستورالعمل بویلر صنعتی خریداری شده است. بدلیل اینکه شاید قابلیت سوپر هیت کردن دیگ بخار و کنترل دما را دارند و نیاز به اقدامات فوق جهت سوپرهیت کردن دیگ بخار نباشد. بخار سوپرهیت در انواع دیگ بخار متفاوت می باشد. با رعایت نکات فوق می توانید از خروجی بخار سوپرهیت یا مافوق گرم استفاده کنید.
