دی سوپرهیتر (desuperheater)

ساده‌ترین نوع دی‌سوپرهیتر، بخش بدون تاخیر لوله است که در آن گرما می‌تواند به محیط تابش شود. با این حال، جدا از خطر آشکار آسیب به پرسنل ناشی از چنین مورد گرم کارخانه، و هدر رفتن انرژی گران قیمت، این رویکرد برای جبران تغییرات در شرایط محیطی، دمای بخار یا سرعت جریان بخار تنظیم نمی شود.

چندین طرح از دی‌سوپرهیتر موجود است و توصیه می‌شود هنگام اندازه‌گیری و انتخاب ایستگاه مناسب برای یک کاربرد معین، ویژگی‌های زیر در نظر گرفته شود:

• نسبت Turndown – همانطور که در معادله 4.2.1 نشان داده شده است، برای توصیف محدوده دبی‌هایی که دی‌سوپرهیتر بر روی آن کار می‌کند، استفاده می‌شود.

این یک پارامتر مهم است، زیرا هر گونه تغییر در فشار ورودی، دما یا دبی جریان باعث تغییر در نیاز مایع خنک کننده می شود.
به طور کلی، دو مقدار خاموشی ممکن است برای یک دی سوپرهیتر خاص مشخص شود:
نسبت خاموشی بخار – این نشان دهنده محدوده دبی بخاری است که دستگاه می تواند به طور موثر گرمایش کند.
نسبت کاهش آب خنک کننده – این نشان دهنده محدوده دبی خنک کننده قابل استفاده است.
اگرچه این به طور مستقیم بر نسبت کاهش بخار تأثیر می‌گذارد، این رابطه به دمای بخار فوق‌گرم، آب خنک‌کننده و بخار خارج‌شده حاصل از آن بستگی دارد.

معادله 15.1.1 معادله تعادل جرم/گرما برای این کاربرد است:

لازم به ذکر است که دبی بخار و آب نسبت مستقیمی با یکدیگر دارند. ثابت تناسب ‘k’ بستگی به آنتالپی بخار فوق گرم، آب خنک کننده و بخار غیر گرم شده مورد نیاز دارد.

اگر با استفاده از یک دی سوپرهیتر نتوان به خاموشی مورد نیاز دست یافت، می‌توان دو دی‌سوپرهیتر را به‌طور موازی نصب کرد و عملکرد را از یکی به دیگری تغییر داد. یا هر دو بسته به تقاضای بخار می توانند فعال باشند.

لازم به ذکر است که دی سوپرهیتر خود تنها بخشی از یک ایستگاه دی سوپرهیت است که شامل سیستم کنترل لازم برای عملکرد صحیح خواهد بود.

• فشار و دمای عملیاتی

• جریان بخار و آب

• مقدار سوپرهیت قبل و مقدار بخار بدون گرمای مورد نیاز بعد از فرآیند.

• فشار آب موجود (ممکن است به یک بوستر پمپ نیاز باشد).

• دقت مورد نیاز دمای نهایی.

• در مورد دی‌سوپرهیترهای درون خطی، مسافت طی شده توسط بخار قبل از گرم‌زدایی کامل نیز یک ملاحظه مهم است. به این طول جذب گفته می شود.

بخش‌های زیر شامل توضیحاتی در مورد انواع رایج دی‌سوپرهیترهای موجود، محدودیت‌های آن‌ها و کاربردهای معمولی است.

هیترهای دسوپر تماس غیر مستقیم

دی سوپرهیترهای تیوب باندل

این نوع دی سوپرهیتر (شکل 15.2.2) از یک مبدل حرارتی، معمولاً یک پوسته و لوله، با بخار فوق گرم در یک طرف و محیط خنک کننده در طرف دیگر تشکیل شده است.

پوسته اولین مبدل حرارتی (حاوی آب خنک کننده) در دو انتها در سمت ورودی ثابت است، در حالی که در سمت خروجی، در پایین ثابت و در بالا باز است. سر شناور اجازه می دهد تا فشار در دو بخش پوسته برابر شود.

محیط خنک کننده آب در دما و فشار اشباع است. همانطور که بخار فوق گرم وارد مجموعه اول و سپس مجموعه دوم لوله ها می شود، گرما را به آب می دهد که بخشی از آن با این افزودن انرژی تبخیر می شود. هر آب خنک کننده تبخیر شده از سر شناور عبور می کند و در سمت خروجی پوسته جمع می شود. سپس از انتهای باز پوسته می گذرد و در آنجا با بخار آب گرم شده مخلوط می شود.

مزایای دی سوپرهیترهای تیوب باندل

1. چرخش فقط توسط کنترل هایی که نصب شده اند محدود می شود.
2. این طرح قادر به تولید بخار آب گرم تا 5 درجه سانتی گراد از دمای اشباع است.
3. حداکثر دما و فشار عملیاتی بالا، معمولاً حدود 60 بار و 450 درجه سانتیگراد.
4. پاسخ سریع.

معایب دی سوپرهیترهای تیوب باندل

1. حجیم – به دلیل اینکه در حال حاضر تعدادی دستگاه درون خطی موجود است، تا حد زیادی جایگزین آنها شده است.
2. هزینه.
3. یک نگرانی مهم در مورد این نوع دی سوپرهیتر، کارایی فرآیند تبادل حرارت است. تجمع هوا یا لایه های رسوب بر روی سطح تبادل حرارت می تواند به عنوان یک مانع بسیار موثر برای انتقال حرارت عمل کند.

برنامه های کاربردی:

1. برنامه هایی که تغییرات زیادی در بار تجربه می کنند.

دسوپرهیترهای تماس مستقیم

دی سوپرهیتر از نوع حمام آب

این ساده ترین شکل دی سوپرهیتر تماس مستقیم است. بخار فوق گرم به حمام آب تزریق می شود. این گرمای اضافی باعث تبخیر بخار اشباع از سطح حمام می شود. یک کنترل کننده فشار فشار ثابتی را در ظرف نگه می دارد و از این رو دما و فشار بخار اشباع شده در لوله پایین دست را حفظ می کند.

از آنجایی که بخار فوق گرم در واحد جرم انرژی بیشتری نسبت به بخار اشباع دارد، بخار بیشتری نسبت به بخاری که واقعاً وارد دی سوپرهیتر می شود، تبخیر می شود. در نتیجه سطح آب کاهش می یابد و بنابراین باید برای حفظ این سطح تمهیداتی اندیشیده شود. این معمولاً به پمپی با طراحی مشابه پمپ آب تغذیه دیگ بخار نیاز دارد، زیرا آب باید در برابر فشار مخزن پمپ شود.
یک شیر بدون بازگشت خوب در منبع بخار سوپرهیت مورد نیاز است تا در صورت افت فشار در بخار اصلی سوپرهیت، آب از حمام به داخل سیستم بخار سوپرهیت کشیده نشود.

مزایای دی سوپرهیتر از نوع حمام آب

1. ساده
2. بخار در دمای اشباع تولید می شود.
3. بخار با کسر خشکی 0.98 قابل تولید است.
4. چرخش فقط توسط کنترل هایی که نصب شده اند محدود می شود.

معایب دی سوپرهیتر از نوع حمام آب

1. حجیم.
2. برای دماهای بالا عملی نیست.

برنامه های کاربردی دی سوپرهیتر از نوع حمام آب

1. تغییرات گسترده در سرعت جریان
2. جایی که هیچ سوپر گرمای باقیمانده ای را نمی توان تحمل کرد.

اسپری آب گرم کن

این نوع گرمایش بیش از حد، اکثریت قریب به اتفاق کاربردهای گرم‌زدایی را نشان می‌دهد. در دسوپرهیترهای اسپری آب، بخار سوپرهیت از طریق قسمتی از لوله که دارای یک یا چند نازل اسپری است، عبور می کند. اینها یک اسپری خوب از آب خنک کننده را به بخار فوق گرم تزریق می کنند که باعث می شود آب به بخار تبدیل شود و مقدار سوپرهیت را کاهش دهد.

آب خنک کننده ممکن است به روش های مختلفی وارد بخار فوق گرم شود. در نتیجه، انواع مختلفی از دی سوپرهیتر اسپری آب وجود دارد.
با وجود این، بیشتر بخاری های اسپری آب تحت تأثیر عوامل زیر قرار می گیرند:

• اندازه ذرات – هرچه اندازه ذرات آب کوچکتر باشد، نسبت سطح به جرم بیشتر است و سرعت انتقال حرارت بالاتر است. از آنجایی که آب مستقیماً به بخار فوق گرم متحرک تزریق می شود، هرچه اندازه ذرات کوچکتر باشد، فاصله مورد نیاز برای تبادل گرما کمتر می شود.
  آب با استفاده از یک دستگاه مکانیکی (مانند یک نازل با دهانه متغیر یا ثابت) یا نازل های اتمیزه کننده بخار به ذرات کوچک تبدیل می شود.

• اغتشاش – وقتی جریان درون خط لوله متلاطم تر می شود، ذرات آب حباب شده انفرادی مدت بیشتری در دی سوپرهیتر باقی می مانند و امکان انتقال حرارت بیشتر را فراهم می کند. علاوه بر این، تلاطم مخلوط شدن آب خنک کننده و بخار فوق گرم را تشویق می کند. افزایش اغتشاش باعث می‌شود که مسافت کوتاه‌تری برای گرم‌زدایی کامل لازم باشد.
  آشفتگی به دو صورت ایجاد می شود:

• افت فشار در سراسر نازل – قرار دادن آب خنک کننده در معرض افت فشار بالاتر، سرعت آن را افزایش می دهد و تلاطم بیشتری ایجاد می کند.

• سرعت – با افزایش سرعت کلی مخلوط آب و بخار، مقدار تلاطم ذاتاً افزایش می یابد. افزایش سرعت معمولاً با ایجاد محدودیت در مسیر بخار حاصل می شود که بیشتر با ریختن گرداب تلاطم ایجاد می کند.

علاوه بر این سرعت‌های بالا، اگر از شیوه‌های طراحی لوله‌کشی ضعیف استفاده شود، سرعت بخار فوق‌گرم در تئوری می‌تواند به ۱ ماخ نزدیک شود. در چنین سرعت‌هایی تعدادی مشکلات (از جمله تولید امواج ضربه‌ای) رخ می‌دهد. با این حال، این بسیار بیشتر از سرعت های مورد استفاده در طراحی لوله کشی خوب است. سرعت معمولی بخار که وارد یک دی سوپرهیتر می شود باید حدود 40 تا 60 متر بر ثانیه باشد.

• سرعت جریان آب خنک‌کننده – سرعتی که می‌توان آب خنک‌کننده را به بخار فوق‌گرم اضافه کرد، تحت‌تاثیر تعدادی از عوامل است که در رابطه 4.2.11 مرتبط هستند:

با توجه به اینکه C و g ثابت هستند، بررسی معادله 4.2.11 نشان می دهد که تنها دو عامل را می توان برای تغییر سرعت جریان آب خنک کننده، qv، دستکاری کرد:
تغییر افت فشار روی دهانه (نازل)، h – بیان دبی به صورت تابعی از افت فشار روی نازل:

این بدان معناست که اگر مثلاً دبی با ضریب 5 افزایش یابد، فشار موجود باید با ضریب 52 = 25 افزایش یابد.

علاوه بر تأثیر بر دبی آب خنک کننده، دو ملاحظه مهم دیگر هنگام تعیین فشار آب خنک کننده مورد نیاز وجود دارد:

1. فشار آب خنک کننده باید بیشتر از فشار بخار فوق گرم در نقطه تزریق باشد.
2. هرچه افت فشار در نازل بیشتر باشد، اتمیزه شدن آب خنک کننده بهتر است.

تغییر مساحت روزنه، الف – بیان دبی به صورت تابعی از مساحت روزنه:

V ∝ A

این رابطه مستقیم به این معنی است که برای مثال، اگر قرار است جریان به ضریب 5 افزایش یابد، مساحت موجود نیز باید ضریب 5 افزایش یابد. مساحت (شکل 15.2.4 را ببینید)، یا با تغییر تعداد روزنه های عبور مایع خنک کننده.

• آستین های حرارتی – برای اطمینان از اینکه آب از حالت تعلیق خارج نمی شود، به کنترل دقیق اسپری نیاز است زیرا این امر می تواند منجر به ایجاد تنش های حرارتی در خط لوله شود و ممکن است ترک بخورد. با این حال، در برخی موارد، می توان از یک آستین حرارتی داخلی برای محافظت در برابر آن استفاده کرد.

آستین حرارتی همچنین اجازه می دهد تا بخار فوق گرم در اطراف ناحیه حلقوی بین آستین و قطر داخلی لوله گردش کند. این یک سطح داغ را فراهم می کند که آب تزریق شده می تواند بر روی آن تبخیر شود، برخلاف دیواره های دی سوپرهیتر، که به طور اجتناب ناپذیری سردتر هستند.

اسپری آب از نوع گرم کن ها

دسوپرهیترهای اسپری تزریق شعاعی تک نقطه ای

ساده ترین روش تزریق آب خنک کننده، وارد کردن نازل از طریق دیواره لوله است.

ذرات آب خنک کننده در سراسر جریان بخار فوق گرم اسپری می شوند. مقدار آب خنک کننده تزریق شده با تغییر موقعیت شیر ​​در مرکز نازل کنترل می شود.

مزایای دی سوپرهیتر (desuperheater)

1. ساده در عملیات.
2. مقرون به صرفه
3. حداقل افت فشار بخار

معایب دی سوپرهیتر (desuperheater)

1. نسبت چرخش پایین، معمولا حداکثر 3:1 در جریان بخار و آب خنک کننده.
2. دمای بخار بدون حرارت را فقط می توان تا 10 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای اشباع کاهش داد.
3. طول جذب بیشتر از نوع اتمیزه کننده بخار.
4. بیشتر مستعد آسیب فرسایش به لوله های داخلی است. این را می توان با استفاده از یک آستین حرارتی غلبه کرد.
5. اندازه لوله محدود

برنامه های کاربردی:

1. بار بخار ثابت
2. دمای بخار ثابت
3. دمای مایع خنک کننده ثابت

همه اینها به معنای نیاز به آب خنک کننده نسبتاً ثابت است.

دسوپرهیترهای اسپری تزریق شعاعی چند نقطه

 این پیشرفتی از دی سوپرهیتر اسپری تزریق شعاعی تک نقطه ای است. آب خنک کننده از تعدادی روزنه در اطراف محیط لوله به داخل اسپری می شود.

مزایای دسوپرهیترهای اسپری تزریق شعاعی چند نقطه

1. فشار مایع خنک کننده کمتر از فشار در نسخه تک نقطه است. بنابراین، استفاده از آستین حرارتی ضروری نیست.
2. طول جذب در مقایسه با نسخه تک نقطه ای به دلیل اختلاط بهتر آب و بخار فوق گرم کمتر است. طول جذب هنوز به طور قابل توجهی بیشتر از سایر انواع دیسوپرهیتر اسپری آب است.

مزایا، معایب و کاربردهای دیگر مشابه دستگاه‌های سوپرهیتر اسپری تزریق شعاعی تک نقطه‌ای است.

سوپرهیترهای اسپری تزریق محوری

این نیز یک دی سوپرهیتر تزریقی ساده در خط است، اما نقطه تزریق به محور خط لوله منتقل می شود. آب خنک کننده از طریق یک یا چند نازل اتمیزه کننده به جریان بخار تزریق می شود (شکل 15.2.8 را ببینید). این واحد معمولاً از یک آستین حرارتی استفاده می کند.

تزریق محوری آب خنک کننده اختلاط آب و بخار فوق گرم را با دو روش بهبود می بخشد:

1. همانطور که آب در امتداد مرکز خط لوله تزریق می شود، به طور یکنواخت در سراسر بخار فوق گرم توزیع می شود.
2. لوله انتقال آب خنک کننده که در خط لوله قرار می گیرد به عنوان یک مانع عمل می کند و به دلیل ریزش گرداب، آشفتگی اضافی در نقطه تزریق آب ایجاد می کند.

اصلاح این آرایش اولیه شامل چرخاندن نازل به گونه ای است که آب خنک کننده در مقابل جریان بخار در بالادست پاشیده شود. سرعت بالای بخار فوق گرم، الگوی جریان آب اسپری را معکوس می کند و آن را از طریق یک محفظه اختلاط به عقب می فرستد. این امر باعث می‌شود که آب و بخار در طول جذب کوتاه‌تر مخلوط شوند.

مزایای سوپرهیترهای اسپری تزریق محوری

1. ساده در عملیات.
2. بدون قطعات متحرک
3. مقرون به صرفه در طیف وسیعی از اندازه ها.
4. حداقل افت فشار بخار

معایب سوپرهیترهای اسپری تزریق محوری

1. نسبت چرخش پایین، معمولا حداکثر 3:1 در جریان بخار و آب خنک کننده.
2. دمای بخار بدون حرارت را فقط می توان تا 10 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای اشباع کاهش داد.
3. طول جذب طولانی تر از نوع اتمیزه کننده بخار، اما کمتر از دی سوپرهیترهای نوع شعاعی.
4. بیشتر مستعد آسیب فرسایش به لوله های داخلی است. این را می توان با استفاده از یک آستین حرارتی غلبه کرد.

برنامه های کاربردی سوپرهیترهای اسپری تزریق محوری

1. بار بخار ثابت
2. دمای بخار ثابت
3. دمای مایع خنک کننده ثابت
   همه اینها به معنای نیاز به آب خنک کننده نسبتاً ثابت است.

دیسوپرهیترهای تزریق محوری چند نازل

به جای یک نازل، دی سوپرهیتر تزریق محوری چند نازل، تعدادی نازل را در سراسر جریان بخار سوپرهیت فراهم می کند. این باعث پراکندگی خوب قطرات آب می شود. سه نوع اصلی از دی سوپرهیتر تزریق محوری چند نازلی وجود دارد:

1. نوع منطقه ثابت – تمام نازل ها در هنگام کار دی سوپرهیتر باز هستند و آب خنک کننده توسط یک شیر کنترل آب پاشش تنظیم می شود.

2. نوع اسپری متغیر

دمای پایین دست تعداد نازل های در معرض دید را تعیین می کند. آب خنک کننده از طریق ژاکت آب وارد دیسوپرهیتر به ناحیه آب بندی بالای دیسک می شود (شکل 15.2.12 را ببینید). هنگامی که افزایش دمای بخار پایین دست توسط سیستم کنترل دمای مربوطه تشخیص داده می شود، محرک ساقه را به سمت پایین حرکت می دهد و به تدریج نازل های بیشتری را در معرض دید قرار می دهد. هنگامی که تقاضا برای آب خنک کننده تغییر می کند، آرایش ساقه و دیسک در صورت لزوم بالا و پایین می رود. این اثر تغییر سطح کلی دهانه را دارد.

3. نوع فنری

این اساساً ترکیبی از دو نوع قبلی است. به جای اینکه آرایش ساقه و دیسک توسط یک محرک کنترل شود، نوع فنری دارای یک پلاگین جریان فنری است که در پاسخ به تغییر فشار دیفرانسیل بین خنک کننده و بخار فوق گرم حرکت می کند. پلاگین متحرک تعداد نازل های باز را تغییر می دهد و در نتیجه جریان را به خط لوله اصلی تنظیم می کند. علاوه بر این، آب خنک کننده توسط یک شیر کنترل آب پاشش تنظیم می شود.

توانایی کنترل فشار و جریان آب خنک کننده، کنترل دقیقی بر مقدار آب تزریق شده به بخار فوق گرم را امکان پذیر می کند. با این حال، این نوع به فشار آب خنک کننده بالایی نیاز دارد.

مزایای دیسوپرهیترهای تزریق محوری چند نازل

1. نسبت چرخش تا 8:1 در نوع منطقه ثابت، تا 9:1 با نوع کمک فنری و 12:1 برای نوع منطقه متغیر امکان پذیر است.
2. پراکندگی بهتر قطرات آب به این معنی است که طول جذب کمتر از دستگاه های تک نازل است.
3. حداقل افت فشار بخار

معایب دیسوپرهیترهای تزریق محوری چند نازل

1. دمای بخار بدون حرارت را فقط می توان تا 8 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای اشباع کاهش داد.
2. طول جذب بیشتر از نوع اتمیزه کننده بخار.
3. اگر از آستین حرارتی استفاده نشود، بیشتر مستعد آسیب فرسایش به لوله‌کشی داخلی است.
4. برای لوله های کوچک مناسب نیست.
5. به آب خنک کننده با فشار بالا نیاز دارد (به ویژه در مورد نوع کمک فنر صدق می کند).
6. مناطق متغیر و انواع کمک فنر می توانند گران باشند.

برنامه های کاربردی دیسوپرهیترهای تزریق محوری چند نازل

1. برنامه‌هایی با نیاز به نسبت چرخش بالاتر نسبت به آنچه توسط دستگاه‌های تک نازل ارائه می‌شود، اما هزینه دستگاه‌های پیچیده‌تر توجیه‌پذیر نیست.
2. بار بخار ثابت
3. دمای بخار ثابت
4. دمای مایع خنک کننده ثابت

همه آنها به یک بار گرمای نسبتاً ثابت نیاز دارند.

بخار سوپرهیت بخاری است که در دمایی بالاتر از دمای اشباع فشار بخار است. به عنوان مثال، بخار با فشار 3 بار گرم دارای دمای اشباع 143.762 درجه سانتیگراد است. اگر حرارت بیشتری به این بخار اضافه شود و فشار روی 3 بار گرم بماند، بخار فوق گرم می شود. این گرمای اضافی منجر به بخار می شود که:

• بالاتر از دمای اشباع است.
• انرژی بیشتری نسبت به بخار اشباع دارد.
• حجم مخصوص بیشتری نسبت به بخار اشباع دارد.

روابط بین این سه ویژگی به خوبی مستند شده است و می توان آن را در بیشتر متون مربوط به خواص ترمودینامیکی بخار یافت.

بخار فوق گرم عمدتاً در نیروگاه های تولید برق به عنوان نیروی محرکه برای توربین ها استفاده می شود.

بررسی چرخه گاز Rankine نشان می دهد که برای راندن توربین ها، بخار فوق گرم از نظر حرارتی کارآمدتر از بخار اشباع است.

سوپرگرم کردن بخار مزایای مهم دیگری نیز دارد:

• بخار مرطوب درون یک توربین منجر به قطرات آب و فرسایش پره‌های توربین و همچنین افزایش اصطکاک می‌شود.
• می توان از سرعت های بالاتر خط لوله (تا 100 متر بر ثانیه) استفاده کرد. این بدان معنی است که می توان از خطوط لوله توزیع کوچکتر استفاده کرد (به شرطی که افت فشار بیش از حد نباشد).
• برای نیروگاه‌هایی که به‌طور مداوم کار می‌کنند، بخار فوق‌گرم به این معنی است که تراکم در لوله‌ها وجود ندارد، بنابراین، تنها نیاز به به دام انداختن بخار در هنگام راه‌اندازی وجود دارد.

استفاده از بخار فوق گرم دارای معایبی است:

اگرچه بخار فوق گرم حاوی مقدار زیادی انرژی گرمایی است، این انرژی به سه شکل است. آنتالپی آب، آنتالپی تبخیر (گرمای نهان) و آنتالپی سوپرهیت. بخش عمده ای از انرژی در آنتالپی تبخیر است و انرژی موجود در گرمای فوق العاده نسبت کمتری را نشان می دهد.

به عنوان مثال، بخار فوق گرم را در 10 بار و 300 درجه سانتیگراد بگیرید، سپس:
آنتالپی آب = 763 کیلوژول بر کیلوگرم
آنتالپی تبخیر = 2015 کیلوژول بر کیلوگرم
آنتالپی سوپرهیت = 274 کیلوژول بر کیلوگرم

• ضریب انتقال حرارت هنگام استفاده از بخار سوپرهیت به عنوان محیط گرمایش متغیر، کم است و تعیین کمیت دقیق آن دشوار است. این امر اندازه و کنترل دقیق تجهیزات انتقال حرارت را دشوار می کند و همچنین باعث ایجاد مبدل حرارتی بزرگتر و گرانتر می شود.

هنگامی که بخار فوق گرم تا دمای اشباع خنک می شود، ضریب انتقال حرارت به طور چشمگیری افزایش می یابد و دمایی که در آن بخار دوباره به آب متراکم می شود، ثابت است. این امر به اندازه گیری دقیق و کنترل تجهیزات انتقال حرارت کمک زیادی می کند.

وجود ضرایب انتقال حرارت بالا در ارتباط با بخار اشباع منجر به مبدل‌های حرارتی کوچک‌تر و ارزان‌تر نسبت به مبدل‌هایی می‌شود که از بخار فوق‌گرم استفاده می‌کنند.

• برخی از فرآیندها (به عنوان مثال، ستون های تقطیر) زمانی که با بخار فوق گرم عرضه می شوند کارایی کمتری دارند.
• دماهای بالاتر بخار سوپرهیت ممکن است به این معنی باشد که درجه حرارت بالاتر و در نتیجه تجهیزات گران‌تری مورد نیاز است.
• دمای بالاتر بخار فوق گرم ممکن است به تجهیزات حساس آسیب برساند.

این معایب به این معنی است که بخار فوق گرم به طور کلی برای کاربردهای فرآیند حرارتی نامطلوب است. با این حال، سایت‌هایی وجود دارند که بخار سوپرهیت برای تولید برق بالا می‌آیند، و منطقی است که مقداری از این بخار را از نقطه‌ای در چرخه تولید برق گرم‌زدایی کنیم و سپس از آن برای کاربردهای فرآیندی استفاده کنیم. (اطلاعات بیشتر در مورد بخار فوق گرم را می توانید در ماژول 2.3 بیابید).
همچنین مکان هایی وجود دارد که در آن مقادیر زیادی زباله به عنوان سوخت دیگ بخار استفاده می شود. اگر مقدار زباله به اندازه کافی زیاد باشد، ممکن است بخار فوق گرم برای تولید برق تولید شود.
نمونه هایی از این نوع کارخانه را می توان در صنایع کاغذ سازی و تصفیه شکر یافت.
در کارخانه هایی که بخار فوق گرم برای استفاده در فرآیند در دسترس هستند، منطقی است که بخار فوق گرم را در نقاط دورافتاده در کارخانه توزیع کنید، زیرا این کار باعث می شود بخار خشک بماند.
این امر در صورتی اهمیت پیدا می‌کند که طول لوله‌ای وجود داشته باشد که نقطه تولید و نقطه استفاده را از هم جدا می‌کند.

گرم‌زدایی اولیه با بخار

گرمای زدایی فرآیندی است که طی آن بخار سوپرهیت به حالت اشباع خود باز می گردد، یا دمای سوپرهیت کاهش می یابد. اکثر دی سوپرهیترهایی که برای بازگرداندن حالت اشباع استفاده می شوند، دمای تخلیه نزدیک به حد اشباع را تولید می کنند (معمولاً حداقل 3 درجه سانتی گراد از دمای اشباع). .طراحی برای دمای تخلیه بیش از 3 درجه سانتیگراد بالاتر از اشباع نیز ممکن است و اغلب استفاده می شود.

اساساً دو نوع گسترده از دی سوپرهیتر وجود دارد:

• نوع تماس غیر مستقیم – محیطی که برای خنک کردن بخار فوق گرم استفاده می شود مستقیماً با آن تماس ندارد. یک مایع یا گاز خنک‌تر ممکن است به عنوان محیط خنک‌کننده، به عنوان مثال، هوای اطراف استفاده شود. نمونه هایی از این نوع دی سوپرهیتر مبدل های حرارتی پوسته و لوله هستند.

در اینجا بخار فوق گرم به یک طرف مبدل حرارتی و یک محیط خنک تر به طرف دیگر عرضه می شود. با عبور بخار فوق گرم از مبدل حرارتی، گرما از بخار از بین می رود و توسط محیط خنک کننده به دست می آید.

دمای بخار بدون حرارت را می توان با فشار بخار فوق گرم ورودی یا دبی آب خنک کننده کنترل کرد. کنترل جریان بخار سوپرهیت برای این منظور معمولاً عملی نیست و اکثر سیستم ها جریان محیط خنک کننده را تنظیم می کنند.

• نوع تماس مستقیم – محیط مورد استفاده برای خنک کردن بخار فوق گرم مستقیماً با آن در تماس است. در بیشتر موارد، محیط خنک‌کننده همان سیال بخاری است که قرار است گرم شود، اما در حالت مایع است. برای مثال در مورد بخاری های بخار از آب استفاده می شود. یک ایستگاه معمولی گرمایش با تماس مستقیم در شکل 15.1.3 نشان داده شده است.

هنگامی که دی سوپرهیتر کار می کند، مقدار اندازه گیری شده آب به بخار سوپرهیت از طریق یک آرایش مخلوط در دی سوپرهیتر اضافه می شود. با ورود به دی سوپرهیتر، آب خنک کننده با جذب گرما از بخار فوق گرم تبخیر می شود. در نتیجه دمای بخار کاهش می یابد.
کنترل مقدار آب اضافه شده معمولاً با اندازه گیری دمای بخار پایین دست دی سوپرهیتر به دست می آید. دمای تنظیم شده بخار بدون سوپر گرم معمولاً 3 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای اشباع است. بنابراین، در چنین ترتیباتی فشار ورودی بخار فوق گرم باید ثابت نگه داشته شود.

محاسبات گرمای زدایی

مقدار آب اضافه شده باید به اندازه ای باشد که بخار را تا دمای مطلوب خنک کند. آب بسیار کم و بخار به اندازه کافی خنک نمی شود، بخار اشباع بیش از حد و مرطوب تولید می شود که نیاز به خشک شدن از طریق جداکننده دارد.
با استفاده از معادله 15.1.1 که مبتنی بر پایستگی انرژی است، نیاز به مایع خنک کننده را می توان به راحتی و به سرعت تعیین کرد:

مثال 15.1.1

دبی آب خنک کننده مورد نیاز را برای شرایط جدول زیر تعیین کنید:

راه حل:

اطلاعات لازم را می توان از جداول بخار کپی تهیه کرد یا درون یابی کرد. عصاره مربوطه در جدول 15.1.1 و جدول 15.1.2 نشان داده شده است. همچنین می توان از میزهای بخار آنلاین Spirax Sarco استفاده کرد.

بنابراین اطلاعات مورد نیاز برای برآورده کردن معادله 15.1.1 عبارتند از:
m_dot – body text.jpgs = دبی جرمی بخار فوق گرم = 10000 کیلوگرم در ساعت
hs = آنتالپی در شرایط فوق گرم (از جداول بخار 300 درجه سانتیگراد در 10 بار a) = 3 052 کیلوژول بر کیلوگرم
hcw = آنتالپی مایع خنک کننده = 4.2 kJ/kg°C x 150°C =630 kJ/kg
تعیین آنتالپی در شرایط desuperheated، hd:
از جداول بخار، دمای اشباع (Ts) در 10 بار a 180 درجه سانتیگراد است، بنابراین در شرایط بدون سوپرهیت مورد نیاز، دما خواهد بود:
Ts + 5 ° C = 185 ° C

درون یابی بین آنتالپی بخار در 10 بار a و دمای اشباع آن و در 10 بار در a و 200 درجه سانتیگراد:
آنتالپی در 10 بار a، Ts (جدول بخار اشباع) = 2778 کیلوژول بر کیلوگرم
آنتالپی در 10 بار a، 200 درجه سانتیگراد (جدول بخار فوق گرم) = 2829 کیلوژول بر کیلوگرم
درون یابی برای آنتالپی در 10 بار در a و 185 درجه سانتیگراد:

در نهایت، با استفاده از معادله 15.1.1:

توجه داشته باشید که بخار گرم شده با سرعت 10 000 + 1 208 کیلوگرم در ساعت = 11 208 کیلوگرم در ساعت عرضه می شود.
عرضه شده به نرخ:
10 000 + 1 208 اگر نیاز به 10 000 کیلوگرم در ساعت بخار گرم شده بود، دبی بخار سوپرهیت اولیه را می توان با استفاده از یک روش متناسب ساده تعیین کرد: