RP Energy Lexicon - водна пара, температура на кипене, изпаряване, критична точка, влажност
Определение: вода в газообразно състояние или (разговорно) видими струи кондензираща водна пара във въздуха
По-конкретни термини: наситена пара, прегрята пара, мокра пара, суха пара, жива пара, технологична пара
Оригинално създаване: 22 декември 2014 г .; последна промяна: 14.03.2020
В науката и технологиите водните пари са веществото вода (H2O) в газообразно състояние. По-голямата част от тази статия също се позовава на това определение. Разговорно обаче водната пара често се използва за обозначаване на видими парични струи, които възникват, когато във въздуха се образуват фини водни капчици чрез кондензация на съдържащата се водна пара. Например облаците съдържат голям брой такива малки водни капчици и следователно са видими само защото светлината се разсейва върху капчиците. Между другото, за разлика от големите дъждовни капки, много малки водни капчици могат да се задържат във въздуха дълго време, защото скоростта им на падане е много бавна.
Често се говори само за пара, когато от контекста става ясно, че се има предвид водна пара - дори ако разбира се има пари от много други вещества.
Водните пари са много важни в енергийните технологии:
- Голяма част от електрическата енергия се получава в топлоелектрическите централи с помощта на парни турбини, които работят приблизително според така наречения цикъл на Клаузий-Ранкин.
- Въпреки това, парата може да служи и като източник на енергия и така или иначе се използва в много индустриални процеси. Следователно най-енергийно ефективното производство на пара (най-вече в парните котли) е от голямо значение. Понякога водните пари се използват и като хладилен агент.
- В други случаи водните пари се получават при химически конверсии, например в горивни процеси като продукт в отработените газове или при реформинг на пара като образование.
Така наречената технологична пара също често се изисква извън енергийните технологии, т.е. H. Водни пари, използвани в процеса. Често най-важната му функция е подаването на топлина; в някои случаи водните пари участват и в химична реакция (например в петролни рафинерии и при газификация на въглища).
В миналото някои сгради са имали парно отопление, при което водни пари са транспортирали топлината от котел (парен котел) към радиаторите. Такива системи обаче вече рядко се използват, тъй като имат редица недостатъци в сравнение с днешните системи за централно отопление (с течна вода). Те включват по-ниската енергийна ефективност в резултат на големите загуби по линиите при високи температури и недостатъците, свързани с безопасността.
Водните пари също играят изключително важна роля в земната атмосфера. Например, въздухът, натоварен с много водна пара, пренася голямо количество скрита топлина, която по-късно може да се отдели, когато се кондензира. (Това е причината въздухът да е по-топъл след пресичане на планинска верига, където облаците ще валят, докато облаците се издигат; това явление е известно като сешоар.) Освен това водните пари (а не въглеродният диоксид например) имат най-голям принос за т.нар. в земната атмосфера: Облаците водят, от една страна, до частично отражение на слънчевата светлина обратно в космоса, но от друга страна също и до отражение на топлинното излъчване от земята, като последният ефект преобладава средно. Ефектът на въглеродния диоксид (CO2) се увеличава косвено значително (обратна връзка с водни пари): Засилването на парниковия ефект от CO2 води до по-високо съдържание на водни пари в атмосферата и по този начин до по-нататъшно засилване на парниковия ефект. H. до значително повишено глобално затопляне; вижте също статията за климатичните опасности.
Тъй като много горива съдържат значителни количества водород (в химически свързана форма), при изгарянето им се образуват водни пари. Това се отнася по-специално за природния газ и петролните продукти. Едно от последствията от това може да бъде изгарянето на комини, ако температурата на отработените газове е избрана да бъде доста ниска и използваните материали не са устойчиви на влага. От друга страна, допълнителна топлина може да се получи в кондензационни котли чрез кондензиране на водната пара и източване на кондензираната вода.
Физически основи
Според общоприетото вярване водата е течна при температури между 0 ° C и 100 ° C и газообразна над 100 ° C. Реалността обаче е много по-сложна. На първо място, споменатите температурни граници между агрегатните състояния се прилагат само за нормално налягане (1013 mbar), което приблизително съответства на атмосферното налягане, което обикновено се появява на места, които не са твърде високи. Точката на кипене, т.е. границата между агрегираното състояние на течно и газообразно състояние, се увеличава с увеличаване на налягането (виж фигура 1). Освен това водата може да се изпари под точката на кипене, докато полученото налягане (парциално налягане) на водните пари достигне така нареченото налягане на парите, което от своя страна зависи от температурата.
Кипенето се получава, когато течната вода достигне точката на кипене при дадено налягане и се подава допълнителна топлина. Образуват се парни мехурчета, които се издигат във водата. Налягането на парите в точката на кипене съответства на външното налягане. Следователно на фигура 1 температурата на кипене за определено налягане може да се определи като температурата, за която налягането достига съответната стойност.
Фигура 2 също показва кривата на кипене, но в по-висок температурен диапазон, където се постигат съответно по-високи налягания. Кривата завършва в така наречената критична точка при приблизително 374 ° C и 221 бара; Над това течната и газообразната вода вече не могат да бъдат разграничени една от друга. Тази разлика става малка точно под критичната точка; H. обемът почти не се увеличава, когато кипи, а топлината на изпаряване е много по-ниска, отколкото при нормално налягане.
Въпреки подаването на топлина, температурата на водата не се повишава по време на кипене; доставената топлина се използва единствено за изпаряване (→ латентна топлина, вижте фигура 3). Количеството на специфичната топлина на изпаряване (енталпия на изпаряване) е особено голямо с вода; При нормално налягане тя е приблизително 2257 kJ/kg, в сравнение с само 420 kJ/kg за нагряване на водата от 0 ° C до 100 ° C.
При много ниско налягане (под приблизително 6 mbar, съответстващо на тройната точка на водата), вече няма течна вода, а само твърда (лед) и водна пара. След това ледът сублимира директно във водни пари, когато се нагрява, без да се разтопи предварително. Сублимацията може да се случи и при нормално налягане, подобно на изпарението.
Водните пари могат не само да пренасят топлина, но съдържат и ексергия. Това се използва при работа с парни турбини и парни машини.
Мокра пара, наситена пара и прегрята пара
При кипене първоначално се създава така наречената наситена пара, която е точно на кривата на кипене по отношение на температурата и налягането (стига да сте под критичната точка). Ако тази пара загуби малко топлина, например чрез контакт с по-хладен въздух, част от водната пара се кондензира на малки водни капчици, така че се създават видими облаци от пари. Това се нарича мокра пара. Делът на действителната пара (газообразна вода) често се определя от нейната масова част х (между 0 и 1).
Ако, от друга страна, парата се нагрява допълнително след кипене, така че комбинацията от налягане и температура е вдясно от кривата на кипене в диаграмата по-горе, ние говорим за прегрята пара. Това вече не съдържа течни водни капчици, тъй като кондензацията може да се осъществи само когато кривата на кипене се достигне отново чрез охлаждане или увеличаване на налягането.
Терминът суха пара може лесно да бъде разбран погрешно, тъй като обикновено означава по-точно суха наситена пара, синоним на наситена пара и не прегрята пара. Сухата пара в този смисъл не съдържа никакви водни капчици, но за разлика от прегрятата пара, те се образуват веднага, дори ако се извършва само минимално охлаждане.
Над критичната точка се говори за свръхкритична пара, която е химически и физически относително агресивна, например силно обезмасляваща.
Парни състояния в електроцентралата на парната турбина
Някои парни турбини трябва да работят по такъв начин, че водната пара в тях да остане в обхвата на прегрятата пара във всички точки, т.е. H. че не се появяват капки вода. Това може да повреди турбината в дългосрочен план. Но има и кондензни турбини, които могат да понасят кондензацията на значителна част от водната пара. В електроцентралата на парна турбина обикновено се използват няколко етапа на турбината, като първата работи със силно прегрята пара (прегрята пара), а последната е кондензна турбина. Така нареченият подгревател често се използва между етапите на турбината, което връща парата обратно в зоната на прегрятата пара. Това не само защитава турбините, но също така позволява на електроцентралата да бъде по-ефективна.
Първият етап на турбината в съвременните електроцентрали на парни турбини работи добре в свръхкритичния диапазон, например при 600 ° C и 285 бара. Още по-високи стойности от 700 ° C и 350 бара са насочени към бъдещите електроцентрали, за да се увеличи още повече ефективността. Границите по същество се определят от устойчивостта на наличните материали.
Генериране на пара
Парата често се произвежда в парни котли като част от парогенератори. Основният компонент на парния котел е топлообменник, в който течната вода се доставя с топлина (например от горивен процес или от ядрен реактор), така че да кипи. Това създава наситена пара, чиято температура се определя от преобладаващото налягане.
За някои приложения (особено за парни турбини) се използва и така наречения прегревател, т.е. H. втори топлообменник, с който температурата на парата се увеличава допълнително, докато налягането остава приблизително същото, за да се получи прегрята пара.
В някои ядрени реактори, известни като реактори с вряща вода, водните пари могат да се генерират директно. От друга страна, при реакторите с вода под налягане се предотвратява изпаряването чрез високо работно налягане и се използва отделен парогенератор. Едва ли е възможно парата да се прегрее, тъй като това би изисквало източник на топлина с по-висока температура. Това е важна причина за обикновено по-ниската ефективност на атомните електроцентрали.
Ако се използват горивни газове, тяхната температура остава над температурата на парата (пред прегревателя), така че биха се получили големи загуби на отработени газове, ако газовете директно се отделят безполезно като отработени газове. Поради тази причина често се използва т. Нар. Икономизатор, който извлича допълнителна топлина от отработените газове, която най-вече служи за предварително загряване на захранващата вода (т.е. течната вода, подавана към парния котел). Друга възможност за възстановяване на топлината е предварително загряване на въздуха за горене.
В някои случаи електроцентралата не само доставя електрическа енергия, но и пара като технологична пара за съседни промишлени централи. Ако тази пара се изтегля като междинна пара, тъй като температурата на парата не се изисква твърде висока, това е по-енергийно ефективно от експлоатацията на отделен парен котел за промишлени операции. В крайна сметка, част от ексергията на първоначално генерираната по-гореща пара се използва за генериране на електричество.
Водни пари във въздуха
Както беше обяснено по-горе, водата се изпарява дори при ниски температури, докато се достигне така нареченото налягане на парите (променлива, която зависи само от температурата, може да се отчете на фигура 1). Така че, ако течната вода е в контакт с въздуха, съдържанието на водна пара във въздуха се увеличава по време на изпаряване, докато парциалното налягане на водната пара (а не общото въздушно налягане) съответства на гореспоменатото налягане на парите. Когато тази точка бъде достигната, водата може да продължи да се изпарява от микроскопична гледна точка, но същото количество се кондензира едновременно, така че съдържанието на водни пари във въздуха вече не може да се увеличава.
Влажността е мярка за съдържанието на водни пари във въздуха, която се използва в два варианта. Абсолютната влажност на въздуха е дадена например в g/m 3 (грама на кубичен метър), докато относителната влажност на въздуха показва какъв дял от налягането на парите на водата или какъв дял от максималното съдържание на водни пари във въздуха е достигнат. Влагата в сградите играе важна роля за благосъстоянието на хората. Твърде високата влажност може да доведе до растеж на плесен.
Често се казва, че въздухът може да абсорбира само определено количество водна пара при определена температура. Това е подвеждащо, тъй като това максимално съдържание не се определя от молекулите на въздуха (т.е. тяхната „толерантност“ към водата), а по-скоро свойство на самата вода. Използването на газ, различен от въздуха (например аргон, с напълно различни химични и физични свойства от въздуха), не би довело до никакво друго максимално съдържание на водна пара.
Водни пари като парников газ
Водните пари абсорбират инфрачервената светлина (топлинно излъчване) в определени спектрални диапазони и следователно действат като парников газ в атмосферата. Поради високото съдържание на водна пара в атмосферата, този ефект е дори много по-силен от този на въглеродния диоксид (CO2). От това обаче не следва, че (както твърдят в частност „климатичните скептици“) емисиите на CO2 в действителност са без значение. Факт е, че междувременно значително повишеното съдържание на CO2 в атмосферата поради повишаването на температурата също води до повишено съдържание на водни пари във въздуха, което след това повишава още повече температурата. Този ефект не води до все по-нататъшно повишаване на температурата дори без допълнителни емисии на CO2, но увеличава ефективния парников ефект на CO2 значително над степента, която само CO2 би причинил. Така че от една страна е вярно, че по-голямата част от парниковия ефект идва от водни пари; от друга страна обаче, именно този ефект се увеличава значително поради емисиите на CO2. Ето защо това наистина зависи от емисиите на CO2.
От друга страна, емисиите на водни пари, причинени от хората - например чрез охладителните кули на големи електроцентрали - изненадващо не водят до глобално замърсяване на климата, а само до локални ефекти чрез образуването на облаци. Това е така, защото такива емисии се компенсират от увеличените валежи. В крайна сметка съдържанието на водни пари в атмосферата е ограничено от нейната температура.
Водните пари, които се излъчват от самолети на голяма надморска височина и образуват контрали, имат още по-силен парников ефект. Въпреки че този ефект има само краткосрочен ефект, той е относително силен и следователно е съществен компонент на парниковия ефект, генериран в момента от въздушния трафик. Сериозните доставчици на 2 емисии чрез други мерки "> компенсация на CO2 отчитат това, като компенсират съответно по-високи емисии на CO2.
Въпроси и коментари от читатели
Тук можете да предложите въпроси и коментари за публикуване и отговор. Авторът на RP-Energie-Lexikon ще вземе решение за приемането според определени критерии. По същество въпросът е, че въпросът е от широк интерес.
Ако получите помощ тук, може да искате да върнете услугата с дарение, с което подкрепяте по-нататъшното развитие на енергийния речник.
Защита на данните: Моля, не въвеждайте тук никакви лични данни. И без това не бихме ги публикували и скоро щяхме да ги изтрием. Вижте и нашата политика за поверителност.
Ако искате лична обратна връзка или съвет от автора, моля, пишете му по имейл.
С изпращането си давате съгласието си да публикувате вашите записи тук в съответствие с нашите правила.
Ако харесвате този уебсайт, моля, уведомете вашите приятели и колеги - д. Б. чрез социалните медии, като кликнете тук:
Тези бутони за споделяне са настроени по начин, удобен за защита на данните!
Код за връзки на други уебсайтове
Ако искате да публикувате връзка към тази статия другаде (например на вашия уебсайт, социални медии, дискусионни форуми или в Уикипедия), можете да намерите кода тук. Такива връзки могат да бъдат Б. бъдете много полезни за обяснения на думи.
HTML връзка към тази статия:
С изображение за предварителен преглед (вижте полето точно над това):
Ако смятате за подходящо да поставите линк в Уикипедия, напр. Б. под "== Уеб връзки ==":
Укрепете умствената си имунна система!
Във времена на фалшиви новини и пропаганда като масови явления е от решаващо значение да се разкрият възможно най-надеждно манипулацията, както и невинните грешки в мисленето.
За да помогне с това, на този уебсайт се предлага изчерпателно и задълбочено ръководство:
Между другото, имаме и страници, занимаващи се с изчистване на грешки и пропаганда в енергийния и екологичния сектор.