КПД более 100% - почему так бывает?

Секрет конденсации

Всем известно, что вода существует в трех агрегатных состояниях - газообразное состояние (водяной пар), жидкость и лед. Мы можем нагреть воду до температуры кипения, значение которой зависит от давления (отрезок АВ на рис. 1.). Например, для атмосферного давления, эта температура составляет 100 °С.

А что же происходит дальше?
При дальнейшем нагреве вода начинает выкипать, но ее температура остается неизменной (отрезок ВС на рис. 1). Это объясняется тем, что вся энергия, используемая при дальнейшем нагреве, расходуется на изменение агрегатного состояния воды, т.е. на превращение воды в пар. В результате мы получим сухой насыщенный пар.

А что произойдет с водяным паром, если его остудить?
Этот процесс - обратный парообразованию, поэтому фазовый переход для воды будет иметь обратный характер. Водяной пар начнет превращаться в жидкость, но на этот раз не поглощая, а отдавая теплоту, которая была потрачена на парообразование (отрезок СВ на рис. 1). Этого тепла не так уж и мало. Представьте, сколько тепла нужно подвести, чтобы выкипел, например, 1 л воды. Процесс преобразования водяного пара в жидкость называется конденсация, а температура, при которой начинается конденсация, называется точкой росы.

Рисунок 1. Зависимость температуры от энтальпии воды при парообразовании/конденсации

Секрет КПД конденсационного котла

Процесс конденсации является основой принципа работы конденсационного котла.
При сгорании природного газа в котле образуется водяной пар, входящий в состав дымовых газов

Именно этот водяной пар конденсируется в котле при постепенном снижении температуры продуктов сгорания до температуры ниже точки росы (≈ 57 °С). Благодаря этому отбирается дополнительное тепло конденсации. В теплотехнике существует понятие верхней и нижней теплотворной способности газа. Их показатели отличаются между собой именно на это значение дополнительного тепла конденсации. Исторически сложилось, что для расчета КПД котлоагрегата используется нижняя теплотворная способность газа, не включающая в себя дополнительное тепло конденсации. Почему? Появление конденсата в котлах старой конструкции приводило к их разрушению (из-за так называемой низкотемпературной коррозии). Конденсация в старых стальных или чугунных котлах была вредной, поэтому дополнительное тепло конденсата не использовали. При появлении современных конденсационных котлов это тепло начали использовать, но появилась проблема с расчетом КПД. Рассчитывая КПД конденсационного котла по нижней теплотворной способности, мы получаем показатель выше 100% (см. Рис. 2).

Рисунок 2. Прирост КПД за счет дополнительного тепла парообразования/конденсации

Источник: kotel.ua

Cодержание

Главная