اصل کار دستگاه کاهش دما و فشار
هنگامی که بخار فوق گرم عرضه شده با دمای بالا و فشار بالا به هر نقطه بخار تحویل داده می شود، ابتدا باید وارد دستگاه کاهنده فشار و دما شود تا فشار و دمای بخار فوق گرم تا نزدیک به حالت اشباع مورد نیاز (معمولاً نزدیک به دمای اشباع 3-5 درجه ) پس از آن برای استفاده به تجهیزات تبادل حرارتی ارسال می شود.
دو شکل اصلی دی سوپرهیتر وجود دارد.
سیستم کاهش فشار و گرمای زدایی
سیستم کاهش دهنده فشار و گرمای زدایی
در تولید همزمان صنعتی مدرن و گرمایش منطقه ای (یا بخار) و صنعت سبک
شرکت های برق، شیمیایی، نساجی و سایر شرکت ها
به طور گسترده در مهندسی حرارتی حرارت بخار استفاده می شود
پارامترهای (فشار، دما) برای تغییر دستگاه
و استفاده از دستگاه صرفه جویی در مصرف انرژی حرارتی
1. غیر تماسی
محیط خنک کننده بخار مستقیماً با بخار فوق گرم در حال خنک شدن تماس نمی گیرد. مایعات، گازها و بخار کولر همگی می توانند به عنوان رسانه خنک کننده استفاده شوند. از هوای محیط نیز می توان به عنوان یک محیط خنک کننده استفاده کرد. این نوع دی سوپرهیتر مانند مبدل حرارتی پوسته و لوله است. بخار فوق گرم وارد یک طرف مبدل حرارتی و محیط خنک کننده وارد طرف دیگر مبدل حرارتی می شود. هنگامی که دمای بخار فوق گرم کنترل می شود، می توان آن را تنظیم کرد: جریان بخار فوق گرم در ورودی، یا جریان محیط خنک کننده.
2. تماس مستقیم
محیطی که برای خنک کردن بخار استفاده می شود (آب معمولی) مستقیماً با بخار فوق گرم مخلوط می شود، مانند سیستم کاهش دما و کاهش فشار ونتوری و نوع تزریق مستقیم که در شکل زیر نشان داده شده است.
بخار فوق گرم ابتدا از حالت فشرده خارج شده و سپس وارد کاهنده فشار می شود. آب خنک کننده مستقیماً با بخار فوق گرم مخلوط می شود، گرمای بخار فوق گرم را جذب می کند و به بخار تبخیر می شود. بخار فوق گرم خنک می شود. مقدار معینی آب خنک کننده از طریق دستگاه اتمیزه کردن و اختلاط داخل دی سوپرهیتر اضافه می شود. مقدار آب خنک کننده اضافه شده با اندازه گیری دمای بخار پایین دست دی سوپرهیتر کنترل می شود. بنابراین می تواند بخار خشک تولید کند. به این ترتیب می توان از آسیب و فرسایش خطوط لوله و تجهیزات جلوگیری کرد.
تمام دی سوپرهیترهای تماس مستقیم باید آب ورودی را به قطرات کوچک بشکنند تا نسبت سطح به حجم آب افزایش یابد. هر چه نسبت سطح به حجم آب بیشتر باشد، سرعت تبخیر قطرات آب بیشتر می شود و دمای بخار سریعتر کاهش می یابد. فرآیند تولید قطرات کوچک آب معمولا به عنوان "مه پاش" شناخته می شود. کیفیت اتمیزاسیون پاشیده شده به آب گرم‌زدایی مستقیماً بر عملکرد کنترل سیستم گرم‌زدایی تأثیر می‌گذارد. انواع مختلف دی‌سوپرهیترها روش‌های مختلف اتمیزه‌سازی آب گرم‌زدایی را اتخاذ می‌کنند.
شایان ذکر است که قطرات آب مادی شده با بخار مخلوط می شوند و تبخیر قطرات آب (در حین خنک شدن با بخار) فرآیندی است که زمان بر است و بلافاصله تکمیل نمی شود. بنابراین، بیشتر فرآیند دی سوپرهیتر در داخل دی سوپرهیتر اتفاق نمی افتد، بلکه در خط لوله پایین دست خروجی دی سوپرهیتر رخ می دهد. بنابراین، برای یک تجربه خوب، طراحی لوله کشی پایین دست نیز بسیار مهم است.
همانطور که در بالا ذکر شد، درک اینکه چرا قطرات آب خنک کننده و بخار فوق گرم به یک دوره زمانی نیاز دارند تا خوب مخلوط شوند، دشوار نیست. اگر اختلاط خوب نباشد، آب نمی تواند به طور موثر گرمای بخار سوپرهیتر را جذب کند و فرآیند تبخیر قطرات آب کامل نیست و باعث سرریز شدن قطرات آب در پایین دست دی سوپرهیتر می شود و دمای خروجی دی سوپرهیتر قابل کنترل نیست. بنابراین، قطرات آب باید تا زمانی که ممکن است در خط لوله پایین دست معلق باشد. برای اطمینان از این امر، خط لوله پایین دست باید سرعت جریان نسبتاً بالایی را برای حفظ آشفتگی کافی در خط لوله پایین دست حفظ کند. این سرعت بالاتر از نرخ جریان بخار یک سیستم توزیع بخار عمومی است. به همین دلیل است که دی‌سوپرهیترها و لوله‌های مربوطه معمولاً (نه همه) کوچک‌تر از لوله‌های سیستم توزیع بخار هستند.
منبع آبی که برای خنک کردن استفاده می شود معمولاً انتخاب می شود: آب آرایشی دیگ بخار، آب غیر معدنی، آب دیونیزه و آب تغلیظ شده.
ممکن است از آب لوله کشی شهری یا آب فرآیند نیز استفاده شود، اما بستگی به سختی منبع آب دارد. رسوب ممکن است در داخل نازل آب خنک کننده دی سوپرهیتر و سطح دیواره داخلی لوله در پایین دست دی سوپرهیتر جمع شود.
به طور کلی، هر چه دمای آب خنک کننده بالاتر باشد، بهتر است. این به این دلیل است که قطرات آب گرم گرمای کمتری نسبت به قطرات آب سرد جذب می‌کنند تا به دمای تبخیر برسند، بنابراین سریعتر تبخیر می‌شوند و در نتیجه اثر خنک‌کنندگی کارآمدتری دارند. استفاده از آب گرم همچنین میزان آب ریختن به دیواره داخلی لوله را کاهش می دهد. بنابراین، خط لوله تامین آب باید عایق بندی شود. افت فشار برای عبور از شیر کنترل آب لازم است. قبلاً گفتیم که آب باید تا حد امکان گرم باشد، اما باید از چشمک زدن در شیر کنترل خودداری شود.
به منظور پاشش آب خنک کننده، فشار در نازل دی سوپرهیتر باید برابر یا بیشتر از فشار بخار عامل در خط لوله باشد. انواع مختلف دی سوپرهیترها نیاز به فشار متفاوتی دارند، اما معمولاً کوچکترین مقادیر فشار به شرح زیر است:
فشار بخار بخاری جت به اضافه 0.5bar
فشار بخار دی سوپرهیتر نوع Venturi به اضافه 0.1bar
دی سوپرهیتر از نوع اتمیزه شدن بخار دارای فشاری برابر با بخار است
برای دی سوپرهیترهای نوع جت و ونتوری، حداکثر فشار در حداکثر جریان آب مورد نیاز است. شایان ذکر است که دبی آب متناسب با جذر اختلاف فشار بین آب خنک کننده و بخار است. بنابراین، اگر دبی آب 4 برابر شود، فشار دیفرانسیل به میزان 42=16 افزایش می یابد.
اگر از پمپ مستقل یا بوستر استفاده می شود، سیستم برگشتی لازم است تا اطمینان حاصل شود که همیشه آب از پمپ عبور می کند.